Considere os seguintes processos:
I. A energia flui como calor de um objeto quente para um objeto mais frio.
II. Trabalho é realizado sobre um sistema e uma quantidade equivalente de energia é rejeitada como calor pelo sistema.
III. Energia é absorvida como calor por um sistema e uma quantidade equivalente de trabalho é realizado pelo sistema.
Destes, quais nunca se verificam?
Escolha uma opção:
a. Apenas I
b. Apenas II
c. Apenas III
d. Apenas II e III
e. I, II e III
I. A energia flui como calor de um objeto quente para um objeto mais frio.
II. Trabalho é realizado sobre um sistema e uma quantidade equivalente de energia é rejeitada como calor pelo sistema.
III. Energia é absorvida como calor por um sistema e uma quantidade equivalente de trabalho é realizado pelo sistema.
a. Apenas I
b. Apenas II
c. Apenas III
d. Apenas II e III
e. I, II e III
Passo 1
O enunciado lista três processos de transferência/transformação de energia e pede quais deles nunca ocorrem, ou seja, quais violam a Segunda Lei da Termodinâmica. Vamos usar:
- A Primeira Lei (conservação de energia) para checar balanços de energia;
- A Segunda Lei, especialmente nas formas de Clausius (não há fluxo espontâneo de calor de frio para quente) e Kelvin–Planck (não é possível converter todo calor de um reservatório em trabalho sem outras mudanças).
Passo 2
Analisando o processo I: “A energia flui como calor de um objeto quente para um objeto mais frio.”
Pela forma de Clausius, o calor flui espontaneamente do corpo mais quente para o mais frio.
Portanto, o processo I é permitido e ocorre na natureza.
Pela forma de Clausius, o calor flui espontaneamente do corpo mais quente para o mais frio.
Portanto, o processo I é permitido e ocorre na natureza.
Passo 3
Analisando o processo II: “Trabalho é realizado sobre um sistema e uma quantidade equivalente de energia é rejeitada como calor pelo sistema.”
Aqui temos um balanço em que entra como trabalho e sai exatamente como calor
. Isso satisfaz a Primeira Lei,
, e não fere a Segunda Lei (é, por exemplo, o caso de atrito ou compressão irreversível em que trabalho vira calor).
Logo, o processo II é permitido.
Aqui temos um balanço em que
Logo, o processo II é permitido.
Passo 4
Analisando o processo III: “Energia é absorvida como calor por um sistema e uma quantidade equivalente de trabalho é realizado pelo sistema.”
Isto equivale a converter 100 % do calor absorvido em trabalho
, ou seja, ter eficiência
Isto equivale a converter 100 % do calor absorvido
Pelo enunciado de Kelvin–Planck, é impossível extrair calor de um único reservatório e convertê-lo integralmente em trabalho sem outras mudanças de estado.
Portanto, o processo III nunca ocorre.
Portanto, o processo III nunca ocorre.
Passo 5
Somente o processo III viola a Segunda Lei.
Resposta
c. Apenas III