Questão 5
Uma máquina que produz gelo opera em um ciclo de Carnot. Ela recebe calor da água a
e rejeita calor para uma sala a
. Suponha que
de água a
sejam convertidos em gelo a
.
(a) Qual é o calor rejeitado para a sala?
(b) Qual é a energia que deve ser fornecida para a máquina?
(a) Qual é o calor rejeitado para a sala?
(b) Qual é a energia que deve ser fornecida para a máquina?
Passo 1
O enunciado descreve uma geladeira ideal operando em ciclo de Carnot entre a fonte fria à
(onde congela a água) e a fonte quente à
(a sala). Precisamos (a) calcular o calor rejeitado
para a sala e (b) determinar a energia (trabalho)
que deve ser fornecida à máquina. Para isso vamos usar:
- O calor latente de fusão da água à
, - O coeficiente de desempenho (COP) de um refrigerador de Carnot,
- As relações de energia num ciclo frigorífico.
Passo 2
Calcular o calor extraído da água para congelá-la,
. Para
e
:
Passo 3
Determinar o coeficiente de desempenho de Carnot para refrigerador:
as temperaturas em Kelvin são
as temperaturas em Kelvin são
Então
Passo 4
Calcular o trabalho
necessário usando
:
Passo 5
Calcular o calor rejeitado à sala,
, pela primeira lei (ciclo frigorífico):
Resposta
(a)
(b)
(b)