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.
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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:
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(calor retirado do reservatório quente), -
(trabalho realizado pelo ciclo), -
(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:
Vamos substituir os valores dados:
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:
Substituindo os valores:
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.