Uma viga fina, cilíndrica, incompressível, maciça de cobre (massa molar MCu), de massa m, comprimento L e coeficiente de expansão térmica linear α, está posicionada verticalmente sobre o piso de um recipiente que contém um banho de água (calor específico cH2O e densidade ρH2O) com volume V, inicialmente à temperatura ambiente de 20∘C. Sobre a extremidade superior da viga, é colocada uma massa M1, que exerce uma força compressiva ao longo de seu eixo. Uma fonte de calor é então acionada, fornecendo energia ao banho até que sua temperatura atinja 90∘C. Nesse momento, a fonte de calor é desligada, e a massa M1 é imediatamente substituída por uma massa menor, M2. Com a fonte desligada e a massa reduzida, o sistema esfria e retorna à temperatura ambiente de 20∘C. Assim que essa temperatura é atingida, a massa M1 é recolocada sobre a viga, a fonte de calor é religada, reiniciando-se o ciclo. Admita que não há troca de calor de M1 ou M2 com o sistema.
Considerando válida a lei de Dulong-Petit, cV=3R (calor específico molar) para sólidos cristalinos, em que R é a constante universal dos gases, determine
a) o trabalho total realizado em um ciclo;
b) a eficiência da máquina térmica descrita.
