Ciclos Termodinâmicos e Máquinas Térmicas, Quantidade de Calor
Um refrigerador de Carnot opera entre uma fonte quente a e uma fonte fria a . Se o refrigerador descarta para o ambiente (fonte quente) de calor por ciclo, qual o trabalho fornecido e o calor extraído do congelador em cada ciclo de funcionamento?
Se o refrigerador do item executa ciclos por segundo, em quanto tempo ele congela de água a ?
(Considere e )
Passo 1
Quando temos um ciclo de Carnot, devemos sempre pensar em usar as fómulas de eficiência, ou no caso de um refrigerador, as fórmulas do coeficiente de desempenho.
Para o ciclo dado temos:
Para as temperaturas dadas, temos:
Passo 2
Agora que temos o coeficiente de desempenho, podemos utilizar outra fórmula relacionada a esse coeficiente:
Substituindo os valores que já temos:
Passo 3
Agora, que temos o calor retirado da fonte fria, podemos determinar o trabalho realizado
substituindo os valores já obtidos, temos:
Passo 4
Para determinar o tempo necessário, vamos primeiro determinar quanto calor é necessário ser retirado da água para que congele!
Primeiro, os de água precisam ir de até :
Lembrando que a variação em Celsius é a mesma que a variação em Kelvin, e que o calor é negativo pois a água deve perde-lo!
Passo 5
Vamos agora determinar o calor necessário para que a água congele, ou seja, para que mude de fase:
Ou seja a aguá deve perder um total de :
Passo 6
Agora vamos determinar em quanto tempo o ciclo retira esse calor da fonte fria, considerando que são efetuados ciclos por segundo.
Vamos primeiro calcular quantos ciclos são necessários:
lembrando que estamos agora usando a unidade !
Sabendo que são efetuados ciclos por segundo, temos:
Resposta
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