Um motor a combustão interna realiza um ciclo no qual recebe 1500 J de calor e libera 900 J na forma de trabalho.
(b) Esse processo é reversível ou irreversível? Explique.
(b) Esse processo é reversível ou irreversível? Explique.
Passo 1
Resumo do enunciado: temos um motor que recebe
de calor de uma fonte quente e entrega
de trabalho. A pergunta é: esse ciclo é reversível ou irreversível?
Conteúdo envolvido: termodinâmica – segunda lei, processos reversíveis vs. irreversíveis, entropia e rendimento de Carnot.
O que vamos precisar:
• Definição de processo reversível (Clausius)
• Cálculo das trocas de calor:
• Critério de reversibilidade via entropia ou rendimento máximo (Carnot)
Conteúdo envolvido: termodinâmica – segunda lei, processos reversíveis vs. irreversíveis, entropia e rendimento de Carnot.
O que vamos precisar:
• Definição de processo reversível (Clausius)
• Cálculo das trocas de calor:
• Critério de reversibilidade via entropia ou rendimento máximo (Carnot)
Passo 2
Definição de processo reversível:
• Um ciclo é reversível se e somente se não há geração de entropia interna.
• Matemático:
• Um ciclo é reversível se e somente se não há geração de entropia interna.
• Matemático:
• Se for irreversível, então
Passo 3
Aplicando ao nosso motor:
- Primeiro, calor rejeitado para a fonte fria:
- Vamos olhar a variação total de entropia (reservatórios + motor). Como o motor volta ao estado inicial, sua variação de entropia é zero, então só contamos as fontes:
Para ser reversível, precisaríamos de - Como o enunciado não garante que exatamente
, em geral esse motor não satisfaz a igualdade de Clausius.
Passo 4
Alternativa pelo rendimento de Carnot:
• Rendimento real do motor:
• Rendimento real do motor:
• Rendimento máximo (Carnot) entre as mesmas temperaturas seria
• Para o ciclo ser reversível, teríamos
, ou seja
• Como o enunciado não estipula essa razão exata de temperaturas, o ciclo não é reversível.
Resposta
O processo é irreversível, pois não satisfaz a igualdade de Clausius nem atinge o rendimento máximo de Carnot.