P3 de Física 2- FIS1041 da PUCRIO - 2018.2

Um processo conhecido na metalurgia há muitos séculos é a têmpera do aço. Este processo que consiste no esfriamento rápido do aço aquecido a altas temperaturas serve para endurecer o metal, mas deve-se tomar o cuidado de fazer o processo nas temperaturas corretas, pois ao invés de se ter um metal endurecido, podemos ter no final um material frágil. Para fazer uma têmpera, um artesão aquece uma espada de de um aço até a temperatura de e em seguida a resfria rapidamente em um tanque com paredes adiabáticas contendo de água inicialmente a . Após a têmpera o sistema espada-água atinge o equilíbrio térmico na temperatura de .

de águade água

a) Determine o calor específico deste aço.

b) Qual a variação da entropia do sistema formado pela espada e a água no processo de resfriamento do aço? Este processo é reversível? O valor obtido está de acordo com a 2º lei da termodinâmica?

Parte II – Dois termômetros são colocados em um recipiente com água a uma temperatura X. Um termômetro está calibrado na escala Celsius e o segundo na escala Fahrenheit. Sabendo que o valor indicado na escala Celsius corresponde a metade do que indicado na escala Fahrenheit, determine qual o valor desta temperatura em Kelvin. (Ponto de fusão do gelo: ; ponto de ebulição da água ).

Um gás ideal cujo calor específico é , realiza o ciclo representado no diagrama na figura.

Considere

(a) Calcule as temperaturas nos pontos de funcionamento do ciclo

(b) Se o trabalho realizado pelo gás em cada ciclo é , calcule o trabalho no trecho , explicitando se é realizado ou recebido pelo gás.

(c) A eficiência deste sistema operando como uma máquina térmica é 0,06. É compatível este resultado com o esperado de acordo com a segunda lei da termodinâmica? (compare a eficiência com a de uma máquina de Carnot funcionando entre as mesmas temperaturas extremas).

(d) Para cada ciclo, determine o calor que deve ser fornecido ao gás e o calor que o sistema perde.

(e) Qual é a variação de entropia do gás no processo BC?

(f) Este gás é monoatômico, diatômico ou poliatômico? Justifique.

Um recipiente cilíndrico, que tem área de base e altura quando a temperatura é de , é feito de vidro (pyrex) com coeficiente de dilatação linear. O recipiente está inicialmente a uma temperatura e contém um único bloco de gelo que ocupa todo seu volume. O sistema recipiente – bloco de gelo está em equilíbrio térmico.

PARTE I

a) Determine o calor total que é necessário ceder ao sistema para derreter todo o gelo e obter água no estado líquido à mesma temperatura .

b) Determine a altura h da água à temperatura , no recipiente, uma vez completada a transição de fase.

PARTE II - Considere agora que o sistema (recipiente de pirex e água) se encontre na temperatura e com água (coeficiente de dilatação volumétrico ) no estado líquido até uma altura .

c) Determine uma expressão literal em função dos dados do problema para a altura máxima inicial da água no recipiente de modo que não seja derramada água quando o sistema alcançar temperatura.

d) Determine a razão entre || o calor cedido para a água e || o calor cedido ao recipiente para levar o sistema do item (c) da temperatura inicial até a temperatura final . A massa do recipiente de pyrex é .

Dado da questão:

Parte II – Dois termômetros são colocados em um recipiente com água a uma temperatura X. Um termômetro está calibrado na escala Celsius e o segundo na escala Fahrenheit. Sabendo que o valor indicado na escala Celsius corresponde a metade do que indicado na escala Fahrenheit, determine qual o valor desta temperatura em Kelvin. (Ponto de fusão do gelo: ; ponto de ebulição da água ).