Enunciado
Física - Randall D. Knight - Termodinâmica Óptica- Ed: 2º - Capítulo 19.Exercícios e Problemas - Ex. 70
FIGURA PD19.70 mostra dois compartimentos isolados separados por uma fina parede. O lado esquerdo contém 0,060 mo! de hélio à temperatura inicial ele 600 K, e o direito contém 0,030 mol de hélio à temperatura inicial de 300 K. O compartimento à direita está soldado a um cilindro vertical, acima do qual a pressão do ar é 1,0 atrn. Um pistão de 2,0 kg e 10 cm de diâmetro pode deslizar sem atrito para cima e para baixo dentro do cilindro. Não se conhece o diâmetro do cilindro nem o~ volumes dos compartimentos. a. Qual é a temperatura final do sistema? b. Quanto calor é transferido do lado esquerdo parn o direito? c. A que altura o pistão é erguido devido à transferência de calor? d. Que fração do calor é convertida em trabalho?
Passo 1
E aiii gente, tudo bom com vocês?
Então vamos resolver essa questão bem legal aqui e passo a passo pra gente tirar 10 na provinha!
Vamo lá!
Letra a:
O calor fluirá do sistema 1 para o sistema 2 porque o sistema 1 é mais quente. Como não há entrada de calor (ou perda para) o mundo exterior, temos . O calor , que é negativo, mudará a temperatura do sistema 1. O aquecimento mudará a temperatura do sistema 2 e funcionará levantando o pistão.
Mas essas consequências do fluxo de calor não mudam o fato de que . O sistema 1 sofre resfriamento a um volume constante de . O sistema 2, cuja pressão é controlada pelo peso do pistão, sofre aquecimento a uma pressão constante de . Por isso,
Passo 2
Letra b:
Conhecendo , podemos calcular o calor transferido do sistema 1 para o sistema 2:
Passo 3
Letra c:
A mudança de energia térmica no sistema 2 é:
De acordo com a primeira lei da termodinâmica, . Assim, o trabalho realizado pelo sistema 2 é . O trabalho é feito para levantar o peso do cilindro e o ar acima dele por uma altura .
O peso do ar é:
Passo 4
Letra d:
A fração de calor convertida em trabalho é: