Lição de casa da aula: Bombas de Calor Física

Nesta atividade, nós vamos praticar a comparar o trabalho realizado por bombas de calor com reservatórios em diferentes temperaturas e como calcular seus coeficientes de desempenho.

Questão 1

Um refrigerador conecta reservatórios com temperaturas de 260 K e 320 K. Qual é a mudança na temperatura do reservatório de baixa temperatura que resulta no trabalho necessário para resfriar o reservatório de baixa temperatura que está sendo reduzido pela metade? Dê sua resposta a três números significativos.

Questão 2

Um refrigerador conecta reservatórios com temperaturas de 270 K e 360 K. Qual é a mudança de temperatura do reservatório de alta temperatura que resulta no trabalho necessário para resfriar o reservatório de baixa temperatura que está sendo reduzido pela metade? Responda para três algarismos significativos.

Questão 3

Uma bomba de calor aquece um reservatório de alta temperatura com uma temperatura de 35C por 7,5 J para cada joule de trabalho que ela faz. A bomba conecta o reservatório a um reservatório de baixa temperatura. Qual é a temperatura do reservatório de baixa temperatura? Responda em graus Celsius a três algarismos significativos.

Questão 4

Bombas de calor e frigoríficos são muito semelhantes entre si, consistindo nos mesmos componentes básicos. No entanto, não são modelados exatamente da mesma maneira.

Qual das seguintes afirmações explica corretamente as semelhanças entre uma bomba de calor e um frigorífico?

  • AUma bomba de calor e um frigorífico têm o mesmo rendimento ao transferir energia interna entre dois reservatórios com as mesmas duas temperaturas, 𝑇 e 𝑇.
  • BUma bomba de calor e um frigorífico transferem energia interna de um reservatório de baixa temperatura para um reservatório de alta temperatura.

Qual das seguintes afirmações explica corretamente as diferenças entre uma bomba de calor e um frigorífico?

  • AUma bomba de calor transfere energia interna de um reservatório de alta temperatura para um reservatório de baixa temperatura, enquanto um frigorífico transfere energia interna de um reservatório de baixa temperatura para um reservatório de alta temperatura.
  • BO rendimento de uma bomba de calor depende de quanto trabalho realiza para adicionar energia interna a um reservatório de alta temperatura, enquanto o rendimento de um frigorífico depende de quanto trabalho realiza para remover energia interna de um reservatório de baixa temperatura.

Questão 5

Uma bomba de calor é representada no diagrama, mostrando as quantidades associadas à sua operação. Se o valor de 𝑊, o trabalho realizado pela bomba é zero, qual é a relação entre as magnitudes de 𝑄interno e 𝑄externo? Suponha que os reservatórios não estejam na mesma temperatura um do outro.

  • A𝑄×𝑄=1externointerno
  • B𝑄<𝑄internoexterno
  • C𝑄>𝑄internoexterno
  • D𝑄=𝑄internoexterno
  • E𝑄𝑄=1externointerno

Questão 6

Uma bomba de calor está representada no diagrama, apresentando as quantidades associadas às suas operações. Qual das seguintes fórmulas representa mais corretamente as relações entre 𝑄entrada, 𝑄saída e 𝑊?

  • A𝑄𝑄=𝑊saídaentrada
  • B𝑄𝑄=𝑊entradasaída
  • C𝑄𝑄=𝑊entradasaída
  • D𝑄+𝑄=𝑊entradasaída
  • E𝑄𝑄=𝑊saídaentrada

Questão 7

Uma bomba de calor aquece um reservatório de alta temperatura 4,5 J por cada joule de trabalho que realiza. A bomba liga um reservatório de baixa temperatura com uma temperatura de 2,5C a um reservatório de alta temperatura. Qual é a temperatura do reservatório de alta temperatura? Apresente a resposta em graus Celsius com uma casa decimal.

Questão 8

Uma bomba de calor liga reservatórios com temperaturas de 280 K e de 310 K. Um frigorífico também liga reservatórios com estas temperaturas. Os coeficiente de rendimento da bomba de calor e do frigorífico são calculados de forma diferente.

Qual é a razão do aquecimento do reservatório de alta temperatura para o trabalho realizado pela bomba de calor? Apresente a resposta com uma casa decimal.

Qual é a razão do arrefecimento do reservatório de baixa temperatura para o trabalho realizado pelo frigorífico? Apresente a resposta com uma casa decimal.

Questão 9

O diagrama representa a circulação de um fluido refrigerante num frigorífico que mostra quatro fases específicas nas quais mudanças ocorrem ao fluido.

Em que fases é que o fluido refrigerante muda de estado?

  • AII e IV
  • BIV e I
  • CIII e I
  • DIII e IV
  • EII e I

Qual é a componente cuja ação aumenta a temperatura do fluido refrigerante?

  • ACompressor
  • BVálvula de dilatação

Qual é a componente cuja ação diminui a temperatura do fluido refrigerante?

  • ACompressor
  • BVálvula de dilatação

Questão 10

O gráfico mostra as variações nos coeficientes de rendimento de duas bombas de calor com as variações nas temperaturas dos seus reservatórios de baixa temperatura. As bombas representadas pelos pontos azuis e pelos pontos laranja aquecem reservatórios de alta temperatura que estão a temperaturas 𝑇 e 𝑇, respetivamente. Tanto 𝑇 quanto 𝑇 são maiores do que 335 K. Qual das temperaturas é maior?

  • A𝑇
  • B𝑇

Esta lição inclui 2 perguntas adicionais para assinantes.

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