Um ciclo de potência, que opera em regime permanente, recebe energia em forma de calor de uma fonte a
e rejeita energia em forma de calor para um sumidouro a
. Para cada um dos itens a seguir, determine se o ciclo é REVERSÍVEL, IRREVERSÍVEL ou IMPOSSIVEL
Passo 1
Vamos entender o que a questão está pedindo. Temos um ciclo de potência que está operando em regime permanente. Esse ciclo recebe calor de uma fonte quente a uma temperatura
e rejeita calor para um sumidouro frio a uma temperatura
. Além disso, foi dado que o trabalho realizado pelo ciclo é
e o calor rejeitado é
.
Queremos determinar se esse ciclo é:
- Reversível
- Irreversível
- Impossível
Para resolver isso, vamos usar conceitos da termodinâmica, especificamente o ciclo de Carnot, que é o ciclo mais eficiente possível entre duas temperaturas dadas.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar que, para qualquer ciclo térmico operando entre duas temperaturas
e
, a eficiência máxima possível é dada pela eficiência do ciclo de Carnot:
Vamos calcular essa eficiência.
Passo 3
Substituindo os valores das temperaturas:
Então, a eficiência máxima teórica desse ciclo é aproximadamente 66,67%.
Passo 4
Agora, vamos calcular a eficiência real do ciclo dado na questão. A eficiência de qualquer ciclo térmico é definida como a razão entre o trabalho realizado e o calor recebido da fonte quente:
Mas primeiro, precisamos encontrar o calor recebido
. Sabemos que:
Então,
Passo 5
Agora, calculamos a eficiência real:
Passo 6
Vamos comparar a eficiência real com a eficiência de Carnot:
Como a eficiência real é menor que a eficiência máxima possível, isso indica que o ciclo não está operando de forma ideal.
Passo 7
Além disso, segundo a segunda lei da termodinâmica, somente o ciclo de Carnot é reversível. Qualquer ciclo com eficiência menor que a de Carnot é irreversível.
Resposta
O ciclo descrito é Irreversível.