Enunciado
Física - Fundamentos de Física Volume 2 - Gravitação, Ondas e Termodinâmica - 10ª Edição - David Halliday, Jearl Walker e Robert Resnick- Ed: 10º - Capítulo 20.Problemas Adicionais - Ex. 60
Um ciclo de três etapas é realizado por de um gás diatômico ideal:
- a temperatura do gás é aumentada de para a volume constante;
- o gás é expandido isotermicamente até a pressão original;
- o gás é contraído à pressão constante de volta ao volume original.
Durante o ciclo, as moléculas giram, mas não oscilam. Qual é a eficiência do ciclo?
Passo 1
Olá pessoal, tudo bem? Vamos treinar pouco de máquina térmica? Bora lá!
Vamos primeiro retirar todas as informações escondidas do enunciado, ok?
- Graus de liberdade (moléculas giram, mas não oscilam): ;
- Gás diatômico ideal: e ;
- do gás: ;
- Temperatura inicial: ;
- Temperatura do segundo processo:
Para determinar a eficiência é preciso conhecer os calores da fonte quente e da fonte fria.
Bora calcular cada coisa?
Passo 2
O calor da fonte quente vai ser absorvido nas duas primeiras etapas.
Na primeira etapa temos:
Na segunda etapa temos uma expansão isotérmica, ou seja :
Passo 3
Agora vamos determinar o valor de :
Os estados :
Assim (isocolumétrico):
Agora entre os estados
Substituindo temos a razão entre :
Mas lembrando que , então ficou assim:
E o calor da etapa dois é:
E o calor absorvido foi:
Passo 4
O calor da fonte fria é o calor da terceira etapa. É uma contração à pressão constante.
Passo 5
Agora que temos todos os calores, podemos encontrar a eficiência do ciclo: