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Enunciado

Física - Young and Freedman - Vol 2- Ed: 12º - Capítulo 20.Exercício - Ex. 15

Uma máquina de Carnot tem uma eficiência de 59 % e realiza 2,5 × 10 4   J de trabalho em cada ciclo. a) Quanto calor a máquina extrai de sua fonte de calor e cada ciclo? b) Suponha que a máquina rejeite calor para a sala à temperatura de 20   ° C . Qual é a temperatura de sua fonte de calor?

Passo 1

Na letra (a) a questão pede o valor de Q H que é o calor absorvido pela máquina da fonte quente. Como temos o trabalho e a eficiência, podemos usar a equação de eficiência para calcularmos Q H :

e = W Q H

O calor absorvido será:

Q H = W e

Q H = 2,5 × 10 4   J   0,59

Q H = 4,24 × 10 4   J

Passo 2

b) Para calcularmos a temperatura da fonte quente, vamos suar a equação do ciclo de Carnot:

Q C Q H = T C T H

Como não temos Q C e precisamos dele para encontrar T H , vamos calcular ele usando o resultado da letra (a) e o trabalho. Como Q C é o calor rejeitado pela máquina, ele será a diferença entre o calor absorvido e o trabalho:

Q C = Q H - | W |

Q C = 4,24 × 10 4   J - 2,5 × 10 4   J  

Q C = 1,74 × 10 4   J

Agora substituímos esse valor na equação anterior junto com Q H e a temperatura T C dada no enunciado:

T H = T C Q H Q C

T H = ( 293,15   K ) 4,24 × 10 4   J 1,74 × 10 4   J

T H = 714   K

Resposta

a   Q H = 4,24 × 10 4   J

b   T H = 714   K

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