Um ciclo de potência recebe a energia
por transferência de calor de um reservatório quente a
e rejeita a energia
por transferência de calor para um reservatório frio a
. Para cada um dos seguintes casos, determine se o ciclo opera de modo reversível, ou de modo irreversível, ou se ele é impossível.
.
Passo 1
Vamos resumir o que está acontecendo aqui: temos um ciclo de potência que absorve uma quantidade de energia $ Q_{H} = 800 , kJ $ de um reservatório quente a uma temperatura $ T_{H} = 567^{\circ}\mathrm{C} $ e rejeita $ Q_{C} = 280 , kJ $ para um reservatório frio a $ T_{C} = 7^{\circ}\mathrm{C} $. A energia trabalho do ciclo é $ W_{ciclo} = 500 , kJ $. Nosso objetivo é descobrir se esse ciclo está funcionando de maneira reversível, irreversível ou se é impossível. Para isso, vamos usar conceitos de termodinâmica, especialmente sobre ciclos de calor e eficiência térmica.
Passo 2
Primeiro, precisamos converter as temperaturas de Celsius para Kelvin, porque nas fórmulas de termodinâmica usamos a escala Kelvin.
Passo 3
Agora, vamos verificar a relação que envolve as quantidades de calor em um ciclo reversível. Para um ciclo reversível, a razão entre o calor rejeitado e o calor absorvido é igual à razão entre as temperaturas dos reservatórios:
Vamos calcular ambos os lados dessa equação com os valores que temos.
Passo 4
Comparando os valores obtidos:
Isso significa que a razão
é maior do que
. De acordo com a teoria, para um ciclo ser reversível, essas duas razões devem ser iguais. Como não são, concluímos que o ciclo não está operando de forma reversível.
Resposta
O ciclo opera de modo irreversível.