solução alguns exercícios cap 22 halliday 4 edição em português

solução alguns exercícios cap 22 halliday 4 edição em português

(Parte 1 de 4)

LISTA 4 - Prof. Jason Gallas, IF–UFRGS 25 de Fevereiro de 2004, as 4:49 a.m.

Exercıcios Resolvidos de Termodinamica

Jason Alfredo Carlson Gallas, professor titular de fısica teorica, Doutor em Fısica pela Universidade Ludwig Maximilian de Munique, Alemanha

Universidade Federal do Rio Grande do Sul Instituto de Fısica

Materia para a QUARTA prova. Numeracao conforme a quarta edicao do livro “Fundamentos de Fısica”, Halliday, Resnick e Walker.

Esta e outras listas encontram-se em: http://www.if.ufrgs.br/ jgallas

Conteudo

2 ENTROPIAEAIILEIDATERMODINAMICA 2

2.1 Questoes2
2.2 Exercıcios e Problemas4
2.3 Problemas Adicionais12

Comentarios/Sugestoes e Erros: favor enviar para jgallas @ if.ufrgs.br (lista4.tex) http://www.if.ufrgs.br/ jgallas Pagina 1 de 14

LISTA 4 - Prof. Jason Gallas, IF–UFRGS 25 de Fevereiro de 2004, as 4:49 a.m.

2 ENTROPIAEAIILEIDATERMODINAMICA

2.1 Questoes

Q-6. Explique qualitativamente como as forcas de atrito entre duas superfıcies aumentam a temperatura destas su- perfıcies. Por que o processo inverso nao ocorre?Quando duas superfıcies estao em contato, ocorrem interacoes de natureza eletrica entre as suas moleculas. Com o movimento relativo, essas interacoes sao rompidas, a energia cinetica das moleculas aumenta, acarretando um aumento da temperatura das superfıcies. No processo inverso, a energia termica dificultaria a interacao entre as moleculas e as forcas envolvidas seriam localizadas e insuficientes para produzir movimento relativo das superfıcies.

Q-7. Um bloco volta a sua posicao inicial, depois de se mover dissipando energia por atrito. Por que este processo nao e termicamente reversivel?Porque a energia termica produzida no atrito, nao pode ser reconvertida em energia mecanica, conforme a segunda lei da termodinamica.

Q-10. Podemos calcular o trabalho realizado durante um processo irreversı vel em termos de uma area num diagrama p -

V? Algum trabalho e realizado?Nos processos irreversıveis ha realizacao de trabalho - sobre o sistema ou pelo sistema sobre o seu ambiente - mas este trabalho nao pode ser obtido pelo calculo de uma area no diagrama p - V, porque a pressao do sistema nao e definida num processo irreversıvel.

Q-14. Sob que condicoes uma maquina termica ideal seria eficiente?A eficiencia de uma maquina termica pode ser expressa porH CH

Para o rendimento ser de , C , o calor liberado, teria que ser nulo, mas essa seria entao uma maquina perfeita que, de acordo com a segunda lei, nao existe. Considerando a eficiencia expressa em termos das temperaturas extremas, C para um rendimento de , a temperatura da fonte fria teria de ser K, o que estaria em desacordo com a terceira lei da termodinamica (ver discussao sobre o zero absoluto, por exemplo, na secao do segundo volume do Curso de Fısica Basica, do autor H. Moyses Nussenzveig).

http://www.if.ufrgs.br/ jgallas Pagina 2 de 14

LISTA 4 - Prof. Jason Gallas, IF–UFRGS 25 de Fevereiro de 2004, as 4:49 a.m.

Q-18.

Por que um carro faz menos quilometros por litro de gasolina no inverno do que no verao?As maquinas termicas reais nao operam ciclos exatamente reversıveis e quanto maior for a difernca de temperatura entre a fonte quente e a fonte fria, maior e a quantidade de energia que nao se aproveita. Assim, nos dias mais frios, um motor de automovel tem a sua eficiencia diminuıda.

Q-21. De exemplos de processos em que a entropia de um sistema diminui, e explique por que a segunda lei da termo- dinamica nao e violada.No processo de congelamento de uma amostra de agua, a entropia deste sistema diminui, porque a agua precisa perder calor para congelar. A segunda lei da termodinamica nao e violada porque a entropia do meio, que recebe o calor cedido pela agua, aumenta. Este aumento e maior do que a diminuicao, tal que a entropia do sistema + ambiente aumenta.

Q-23.

Duas amostras de um gas, inicialmente a mesma temperatura e pressao, sao comprimidas de volume V para o volume , uma isotermicamente e a outra adiabaticamente. Em qual dos casos a pressao final e maior? A entropia do gas varia durante qualquer um dos processos?No processo isotermico a pressao final e:

No processo adiabatico, a pressao final e:

A pressao final e maior no processo adiabatico. A variacao da entropia no processo isotermico e dada por:

No processo adiabatico, a entropia nao varia, uma vez que e nulo neste caso.

Q-25.

Ocorre variacao da entropia em movimentos puramente mecanicos?Sim, por causa da energia termica produzida pelo atrito.

Q-28. Calor e transferido do Sol para a Terra. Mostre que a entropia do sistema Terra-Sol aumenta durante o processo.

http://www.if.ufrgs.br/ jgallas Pagina 3 de 14

LISTA 4 - Prof. Jason Gallas, IF–UFRGS 25 de Fevereiro de 2004, as 4:49 a.m.O Sol libera calor a alta temperatura e tem a sua entropia diminuıda. Ja a Terra absorve o calor a temperatura bem mais baixa. A entropia da Terra aumenta no processo e este aumento e maior do que a diminuicao da do Sol, tal que a variacao da entropia do sistema Terra-Sol e positiva.

2.2 Exercıcios e Problemas

P-4.

Um mol de um ga ideal monoatomico passa pelo ciclo mostrado na Fig. 2-18. O processo bc e uma expansao adiabatica; atm, m , e . Calcule: (a) o calor adicionado ao gas, (b) o calor cedido pelo gas; (c) o trabalho realizado pelo gas e (d) a eficiencia do ciclo.Para chegar aos resultados pedidos, antes e necessario obter o valor da temperatura e da pressao no final de cada um dos processos do ciclo. Comecando com o processo adiabatico que liga os estados b e c, tem-se:atm Pa

As temperaturas nos estados b e c sao: K K

Na compressao isobarica, tem-se K As transferencias de calor e o trabalho realizado em cada processo sao calculados com a primeira lei:

ab J bc int ca J ca J

Entao, finalmente, absorvido ab J.

(b) cedido ca J.

(c) efetivo bc ca J.

(d) absorvido .

http://www.if.ufrgs.br/ jgallas Pagina 4 de 14

LISTA 4 - Prof. Jason Gallas, IF–UFRGS 25 de Fevereiro de 2004, as 4:49 a.m.

E.7

Para fazer gelo, um freezer extrai kcal de calor de um reservaorio a C em cada ciclo. O coeficiente de performance do freezer e . A temperatura do ambiente e C. (a) Quanto calor, por ciclo, e rejeitado para o ambiente? (b) Qual a quantidade de trabalho por ciclo necessaria para manter o freezer em funcionamento?(a) A performance do freezer e dada por: C

E o trabalho externo necessario e: C kcalH CH kcal

(b) kcal kJ.

E-10.

(Parte 1 de 4)

Comentários