A entropia por ciclo aumenta, diminui ou permanece a mesma para (a) um a máquina de Carnot, (b) uma máquina térmica real e © uma máquina térmica perfeita (que, obviamente, não pode ser construído na prática)?
Passo 1
Beleza, o enunciado quer saber se a entropia por ciclo aumenta, diminui ou fica igual em três tipos de máquina térmica:
(a) máquina de Carnot,
(b) máquina térmica real,
© máquina térmica “perfeita” (100% eficiente, impossível na prática).
O assunto aqui é Termodinâmica – especificamente a Entropia e a Segunda Lei. Vamos usar a definição de variação de entropia num ciclo e a ideia de reversibilidade vs irreversibilidade.
(a) máquina de Carnot,
(b) máquina térmica real,
© máquina térmica “perfeita” (100% eficiente, impossível na prática).
O assunto aqui é Termodinâmica – especificamente a Entropia e a Segunda Lei. Vamos usar a definição de variação de entropia num ciclo e a ideia de reversibilidade vs irreversibilidade.
Passo 2
Antes de mais nada, o que é entropia numa máquina térmica?
- Entropia (S) mede a “desordem” ou, mais rigorosamente, quantifica dispersão de energia.
- Para um ciclo termodinâmico, a variação total de entropia do fluido de trabalho é:
ondeé o calor trocado de forma reversível e é a temperatura absoluta.
- A Segunda Lei diz que, num processo irreversível real, a entropia total do universo aumenta. Numa transformação perfeitamente reversível, a entropia do sistema voltaria ao ponto inicial, então.
Passo 3
(a) Máquina de Carnot
- A máquina de Carnot é ideal e só executa processos reversíveis (adiabáticos e isotérmicos reversíveis).
- Logo, somando todo o ciclo:
Ou seja, a entropia por ciclo permanece a mesma.
Passo 4
(b) Máquina térmica real
- Toda máquina real tem irreversibilidades (atrito, gradiente de temperatura finito, perdas, etc.).
- Nessas circunstâncias, além do calor trocado reversível, há produção interna de entropia.
- Então, no ciclo completo, a entropia total aumenta:
Passo 5
© Máquina térmica perfeita (100% eficiente – impossível)
- Se ela sobrasse com toda a energia recebida como trabalho, não haveria rejeição de calor para a fonte fria.
- Isso exigiria uma variação de entropia negativa no ciclo (
), contrariando a Segunda Lei. - Como
de um ciclo não pode ser negativa, tal máquina não existe na prática.
Resposta
(a) Permanece a mesma (
).
(b) Aumenta ( ).
© Diminuiria ( ), mas isso é impossível segundo a Segunda Lei.
(b) Aumenta (
© Diminuiria (