P2 Fisica 2

4) Dois reservatórios térmicos, a 400 K e a 300 K, estão separados por uma parede metálica dupla. A esspessura total da parede é 20 mm e ela é constituída por duas placas justapostas, uma de alumínio (condutividade térmica: 210 W.m^{-1}.K^{-1}) e a outra de ferro(condutividade térmica: 70 W.m^{-1}.K^{-1}), ambas com área de 200 cm². Quando o regime estacionário foi atingindo, a temperatura na junção das duas placas é 350 K. A) Qual é a quantidade de calor que o reservatório a 400 K perde em 1 min? B) Qual é a espessura de cada placa? 5) O gráfico representa um ciclo realizado com uma amostra gasosa. Na transformação BC a pressão varia com o volume através da seguinte equação: p=0,5 (V^{2}-V) +1 onde p é a pressão em atmosferas e V é o volume em litros ou dm^3. Na transformação AB a variação da energia interna da amostra gasosa é aproximadamente 3,15 atm.L; na transformação BC a amostra sofre um trabalho de aproximadamente 988 J; na transformação CA a amostra recebe aproximadamente 911 J em calor. a) Demonstre que o trabalho sofrido pelo na transformação BC é aproximadamente 988 J. Verso b) Qual é o trabalho no ciclo? Transformação / W / AU AB / 1,004J / 2,147J - 3,191J BC / 988J / 988J - 2280J CA / 911J / 0 / 911 J c) Wciclo = Wab + Wbc + Wac Wciclo = 1,192 J - 988 J = 0 Wciclo = 119 J / tatm L = 101,3 J / tatatm = 101,3 J / 3,15 / x = 3191 W_{bc} = \int_{\frac{1}{2}}{(V^{2}-V) + dV} = \left( \frac{1}{3}V^{3} - \frac{1}{2}V^{2} \right) + V \]_{4/2} = \left[ \left( \frac{1}{3} - \frac{1}{2} \right) + 1 \right] - \left[ \left( \frac{4}{3} - \frac{4}{2}\right) + 4 \right] = \frac{11}{42} - \frac{11}{12} - 1 = - 9,75 atm L 1 atm.L = 101,3 J = -988 J Física 183 - 2ª prova NOME: Rodrigo R. Cunha 8x8=64 pt 1) Um bloco de metal (calor específico = 0,60 kJ.kg^{-1}.K^{-1}) com massa desconhecida está resfriado a -40°₅ C e colocado em contato com 3,0 kg de água (calor específico = 4,2 kJ.kg^{-1}.K^{-1}) a 20°C. Considerando que sistema como isolado e sabendo que a temperatura de equilíbrio é 5°C determine: A) A massa do bloco de metal. B) A variação de entropia do sistema quando ele passa do estado inicial para a situação de equilíbrio. C) O que pode acontecer no item B de acordo com a 2ª Lei da Termodinâmica? \Delta S_{metal} = \frac{4,2}{60}(m_{metal}+3,0)(5 - 20) \Delta S_{\text{total}} = \Delta S_{\text{metal}} + \Delta S_{\text{H_{2}}O} = \frac{4,2}{60}(m_{metal}+3,0)(5 - 20) + m_{metal}\frac{0,60}{333} - (4,2)(278 - 293) 2) Um reservatório metálico de ar (massa molar = 28 g) comprimido tem volume de 200 L. Um bomba enche o reservatório até que a pressão atinge o valor de 120 atm, e então a temperatura do ar no reservatório subiu para 77°C. O ambiente externo em contato com o reservatório está a 27°C. Após algumas horas devido ao isolamento reservatório, mantendo be termodinamicamente fechado, a temperatura no ar no reservatório é igual. a 40° C. Posteriormente é removida uma parte do ar que a pressão atingindo 50 atm e então a temperatura do ar no reservatório reduzira para 5°C. A) Qual era a pressão original do reservatório sem estar aberto? B) Qual foi a massadocar que saiu do reservatório? V_1=200L / T_1=300K P_1=120atm / V_1=200L \approx m_{bold}=\frac{120\cdot200}{... a) P_1V_1 / T_1 = nRT_3 - 50,200 = 0,97\cdot298 ~ = 50,200 b) V_2=....x....x...(\approx \cdot)(=>\approx.102,86atm) m_{bold}=\frac{x}{..} 438,7mol 1\text{ mol}=28g \downarrow 9g^x V=12,22 kJ na parte que saiu dentro do tamanho V1=3,75L K=0,55L Patm:101325 Pa T temperatura, Q=0 V2=7,5L Isotermico V3=5,5L 3) Inicia-se um ciclo termodinâmico com uma amostra de gás ideal ocupando o volume de 2,5 L, na pressão de 2,0 atm e na temperatura 350 K. O gás se comprime adiabaticamente atingindo o volume de 0,5 L e na pressão 17 atm. A seguir uma expansão isobárica retoma o volume de 2,5 L, seguido de uma transformação isométrica que completa o ciclo. A) Represente o ciclo em um gráfico pressão contra volume, indicando em cada uma das três transformações o calor trocado pelo gás. B) Prove que o gás é politômico. C) Calcule o rendimento do ciclo mostrando que ele é cerca de 19%. D) Verifique que o rendimento é menor que o rendimento de Carnot operando entre 299,2 K (temperatura máxima no ciclo) e 350 K. C? D? 4) Um aparelho de ar condicionado, operando em ciclo reverso, tem a capacidade de colocar em uma sala a 20°C, uma quantidade de calor de 14.000 BTU em 1h quando o ambiente externo está a 0°C. O fabricante do aparelho informa que para cada joule de trabalho absorvido no compressor o aparelho de coloca 4,5 J em calor para dentro da sala. a) Mostre que esse aparelho de acordo com o 2º enunciado da 2ª lei da Termodinâmica. B) Mostre que a quantidade de calor retirada do ambiente externo em 1h é cerca de 10.900 BTU. C) Mostre que a potência mecânica absorvida pelo compressor do aparelho é cerca de 0,9 kW. K=4,5J W=1J Kmaximo 19,1 W 3,5 x W 4,5 J = 3,5 a) Kmáximo < Kcarnot..., logo a 2º lei da Termodinâmica é respeitada. b) 4,5 J -> 14.000 BTU 1 J -> x c) 0,9 kW = 900 J/s 14.900-10.960 = 3.940 BTU = 42 J/s em 1h, ou seja 42/3,60= 30,7 J/s 408,5 J em 1 h