Fundamentos de Física 9ª Edição Vol 2 - Halliday 2 ED 9 (em cores)

PARTE
ENTROPIA E A SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA 273
Su onha que 1.0 1nol de um gás monoatômico ideal inicialinente
5 2 u a~o urn volu1ne de I O L e a urna le?'peratura de 300 K seja
oc p ·do a volu1ne constante até 600 K, hberado para se expandir
·1quec1 - . . . l fi 1 ,
,sotenn
' icamente
'
até a pressao
.
1n1c1a
. . .
e,
d
na mente, contraido à pres-
·• onstante até os va 1 ores 1n1c1a1s e vo 1 u1ne, pressão e teinpesao
·
e
a Durante o c1c
. 1
o, qua
1
e
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a
)
a energia
. l'
1qu1
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a 1ntro
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uz1da
.
no
~1
'.ur ~a ( 0 gás) na forma de calor e (b) o trabalho líquido realizado
srster , fi . A . d . ?
s? (c) Qual e a e c1enc1a o c1c 1 o.
1.1
pe 1 o g, · ·
53 Suponha que um poço profundo seja cavado na crosta terrestre
perto de um dos polos, onde a temperatura da superfície é -40ºC,
té uma profundidade onde a temperatura é 800ºC. (a) Qual é 0
~,nite teórico para a eficiência de u1na máquina térmica operando
entre as duas te1nperaturas? (b) Se toda a energia liberada na forma
de calor na fonte fria fosse usada para de1Teter gelo que se encontra
iniciahnente a-40ºC, a que taxa água líquida a OºC poderia ser produzida
por u1na usina de energia elétrica de 100 MW (trate-a co1no
uma máquina ténnica)? O calor específico do gelo é 2220 J/kg · K;
0 calor de fusão da água é 333 kJ/kg. (Observe que, nesse caso, a
,náquina térmica opera efetivamente entre OºC e 800ºC. Uma energia
liberada a -40ºC não pode aquecer nada aciina de -40ºC.)
54 Qual é a variação de entropia para 3,20 mols de um gás monoatômico
ideal que sofrem um aumento reversível de temperatura de
380 K para 425 K a volume constante?
55 U1n lingote de cobre de 600 g a 80,0ºC é colocado em 70,0 g
de água a 10,0ºC em um recipiente isolado. (Os calores específicos
estão na Tabela 18-3.) (a) Qual é a temperatura de equilíbrio do sistema
cobre-água? Que variação de entropia (b) o cobre, (c) a água
e (d) o sistema cobre-água sofrem até atingirem a temperatura de
equilíbrio?
56 ~iai=" A Fig. 20-33 mostra o módulo F da força em função
da distensão x de um elástico, com a escala do eixo F definida por
F = 150 N e a escala do eixo x definida por x, = 3,50 c1n. A tem-
. '
peratura é 2,00ºC. Quando o elástico é distendido de x = 1,70 cm,
qual é a taxa de variação da entropia do elástico com a distensão
para pequenas distensões?
F(N)
F !
Figura 20-33 Proble1na 56.
0 Xs
x (c1n)
., r.7 A ternpcratura de J ,00 mol de um g á s rnonoa tA 01n1 ·co idc·1l ' é ele- .
1
'·1u,1 ,. • • revcn,1vclmcnte • de 300 K para 400 K , co1n o volume 1nant1do
i.:,,n,tante. Qual é a variação da entropia do gás?
r.o uo f{ cprta o Problen1a 57 supon <l o que a p1css . .·a~o ele) g·1s '· é nu1ntida
1:011Ma11tc
Su IJ
111:i ,11110'>11'<1 de 0.600 ~ g de água esta · 1111c1a · · 1 n 1 e ·11lc 11 '·1 forrna .
lli• relo ,1 lc1nper.itur.1 de 20"('. Qual é a vari:u;ao de entropia da
• 111111 ,tr,1 ,e a lctnpcratur:i at11Tll't1la para 40º("!
GO lliu ciclo dl· lrcs ct,1pa• l rcalttado por ~.'I n1ols dL' 11111 gas diu
11 1 11111:,, · 11 · 1 e.li 11 J a lc111pl·ratura toga., j l ,1un 11:1 , 11 •·111·1 • de '>()() K 11an1
~ll(J I'
' ,1 \ 11lu111~ constanlt (,.,) o gh:-. • e • l ,p,111! . 1 u 1 o 1 ' 11tc1 tllll'Hllll'llll'
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1
flJ, 111011g111,1J: • 11) 11 ga, • l' c1111l1,1H 111 ,1 1 l, "S'lll • co11st,111tc dt•
volta ao volun1e original. Durante o ciclo. as n1oléculas giran1. tnas
não oscila1n. Qual é a eficiência do ciclo?
61 U1n inventor consll11iu t11na n1áquina tennica X que. segundo ele.
possui tuna eficiência ex 1naior que a eficiência e de 11111a nuiquina tér-
1nica ideal operando entre as n1es1nas ternperaturas. Suponluunos que
a n1áquina X seja acoplada a u1n refrigerador de C:u11ot (Fig. 20-3-k1)
e os tempos do reti·igerador de Carnot seja1n ajustados para que o trabalho
necessário por ciclo seja igual ao que é realizado pela nuíquina
X. Trate o conjunto máquina X-refrigerador con10 un1 único sistema
e 1nostre que, se a alegação cio inventor fosse verdadeiro (ou seja. se
ex> e), o conjunto se comportaria como u,n refrigerador perfeito (Fig.
20-34b), transferindo energia na forma de calor do reservatório frio
para o reservatório quente sem necessidade de realizar tmbalho.
Q'Q
Máquina QQ
X
Tr
(a)
t
Figura 20-34 Proble1na 6 l.
Reti·igcrado
ideal
(
l
r
.
t
t -
(b)
Q
Q
Refiigcrador
perft.·ito
62 Suponha que 2,00 mols de tu11 gtis diatô1nico ideal sejan1 submetidos
reversivehnente ao ciclo mostrado no diagn1111a T-S da Fig.
20-35, onde S 1 = 6,00 J/K e S 2 = 8.00 J/K. As n1oléculus não giran1
nem oscila1n. Qual é a energia transferida na fon11a ele calor Q (a) na
trajetória 1 "" 2, (b) na trajetó1in 2 - 3 e (c) 110 ciclo cornpleto? (li)
Qual é o trabalho W para o processo isoté1111ico? O volu1ne \' 1 no estado
l é 0,200 1n 3 • Qual é o voh1111e (e) 110 estudo 2 e (l) 110 estado 3?
Qual é a variação ó.E;., (g) na trajetória l _,. 2. (h) 11n tn~jetoria
2 - 3 e (i) 110 ciclo completo? (Sugcstlio: o itc,n (h) pode serresolvido
e1n uma ou duas linhas de ciHculos usundo os resultados Ja
Seção 19-8 ou e1n un1a p,ígina ele ciílculos usando os resultados da
Seção 19- 11 .) U) Quul é o trabalho \V pnrn o prOL'esso adiabatico·?
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Figura 20-35 Prohll'n1n h".
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