Um ciclo de refrigeração que opera entre dois reservatórios recebe energia QL por transferência de calor de um reservatório frio a TL=250 K e rejeita energia QH para um reservatório quente a TH=300 K. Para cada um dos seguintes casos, determine se o ciclo opera reversivelmente, irreversivelmente ou é impossível. Considere a máquina térmica como sendo um refrigerador.
QH=1500 kJ, W ciclo =200 kJ.

Passo 1

O enunciado descreve um ciclo de refrigeração que opera entre reservatórios a TL=250 K e TH=300 K, absorvendo QL do frio e rejeitando QH ao quente mediante trabalho de entrada W. Vamos usar a 1ª Lei para achar QL e a 2ª Lei (variação de entropia) para decidir se o ciclo é reversível, irreversível ou impossível.

Passo 2

Pela conservação de energia num ciclo de refrigeração vale
QH = QL + W
Logo,
QL = QH - W = 1500 - 200 = 1300 kJ

Passo 3

A variação total de entropia das fontes (universo) é
De<a Stot = -QLTL + QHTH
Substituindo QL=1300 kJ, TL=250 K, QH=1500 kJ e TH=300 K,
De<a Stot = -1300250 + 1500300 = -5,2 + 5,0 = -0,2 kJ/K
Como De<a Stot<0, há violação da Segunda Lei e o ciclo não pode ocorrer.

Resposta

O ciclo é impossível.

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