Numa competição entre estudantes de Física de várias instituições, um grupo projeta uma máquina térmica hipotética queopera entre somente dois reservatórios de calor, a temperaturas de 250 K e 400 K. Nesse projeto, a máquina hipotéticaproduziria, por ciclo, 75 J de trabalho, absorveria 150 J de calor da fonte quente e cederia 75 J de calor para a fonte fria.a) Verifique se essa máquina hipotética obedece ou não à Primeira Lei da Termodinâmica, justificando a sua resposta.b) Verifique se essa máquina hipotética obedece ou não à Segunda Lei da Termodinâmica, justificando a sua resposta.c) Considerando que o menor valor de entropia é 0,1 J/K, e que o trabalho realizado por ciclo é 75 J, esboce um diagrama"Temperatura versus Entropia" para um Ciclo de Carnot que opere entre esses dois reservatórios de calor, indicando osvalores de temperaturas e entropias.
#ENADE
Soluções para a tarefa
Para a) Obedece a primeira lei ; Para b) A máquina não obedece a segunda lei da termodinâmica ; e para c) O valor da entropia é de 0,6 J/K.
Vamos aos dados/resoluções:
Para a) temos que a primeira lei da termodinâmica diz que a energia é conservada segundo a seguinte equação:
ΔU = Q - W.
Então, como a máquina recebeu 150J de calor, transforma 75J em trabalho e perde 75J para a fonte fria, a energia se conserva, obedecendo a primeira lei.
Para b) A segunda lei da Termodinâmica permite concluir que o rendimento termodinâmico limite de um moto é e = l - Tf / Tq, que, nesse caso, resulta em e = l - 250K/400 K = 37,5%.
Entretanto, a máquina hipotética teria um rendimento de e = 75j/150j = 50,0%. Com isso, a máquina hipotética não obedece a segunda lei da Termodinâmica.
Finalizando com a letra c) A variação de entropia para um processo isotérmico é de ΔS = Q/T ou Q = ΔS.T. Assim, o trabalho no ciclo W = Qq - Qf = Tq ΔS - TfΔS.
Ou seja, substituindo pelos valores numéricos fornecidos:
75J = 400KΔS - 250KΔS ; ΔS = 75J / 150K = 0,5 J/K.
Portanto, o valor superior da entropia é (0,1 + 0,5) J/K = 0,6 J/K.
espero ter ajudado nos estudos, bom dia :)