Os dados listados abaixo referem-se a um ciclo de energia operando entre reservatórios quentes e frios a 1500 Ke 450 K, respectivamente. Para cada caso, determine se o ciclo é reversível, irreversível ou impossível.
Qq=5600 kJ, W=300 kJ, Qf=-5300 kJ

Passo 1

Beleza, vamos lá! O exercício nos dá um ciclo de energia que opera entre dois reservatórios térmicos: um quente a 1500 K e um frio a 450 K. Temos os seguintes dados:
  • Qq = 5600 kJ (calor retirado do reservatório quente),
  • W = 300 kJ (trabalho realizado pelo ciclo),
  • Qf = -5300 kJ (calor rejeitado para o reservatório frio).
Nosso objetivo é determinar se esse ciclo é reversível, irreversível ou impossível. Para isso, vamos usar conceitos de termodinâmica, especificamente a primeira e segunda leis da termodinâmica.

Passo 2

Primeiro, vamos aplicar a primeira lei da termodinâmica, que basicamente diz que a energia não se cria nem se destrói, apenas se transforma. Para um ciclo, a variação interna de energia é zero, então:
Qq = W + Qf
Vamos substituir os valores dados:
5600 = 300 + (-5300)
5600 = 300 - 5300
5600 = -5000
Isso não faz sentido! O que significa que há uma inconsistência nos dados fornecidos.

Passo 3

Agora, vamos verificar a segunda lei da termodinâmica, que nos ajuda a determinar a viabilidade do ciclo. Para um processo reversível, a relação entre os calores e as temperaturas é dada por:
QqTq + QfTf = 0
Substituindo os valores:
56001500 + -5300450 = 56001500 - 5300450
approx 3.733 - 11.778 = -8.045
Como a soma não é igual a zero, isso indica que o ciclo não é reversível.

Resposta

O ciclo apresentado é impossível, pois os dados fornecidos não satisfazem a primeira lei da termodinâmica.

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