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.

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)

Passo 2

Definição de processo reversível:
• Um ciclo é reversível se e somente se não há geração de entropia interna.
• Matemático:
oint de
• Se for irreversível, então
oint de

Passo 3

Aplicando ao nosso motor:
  1. Primeiro, calor rejeitado para a fonte fria: Qc = Qh - W = 1500 J - 900 J = 600 J
  2. 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: DePara ser reversível, precisaríamos de -QhTh + QcTc = 0 Longrightarrow QcQh = TcTh
  3. 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:
eta = WQh = 9001500 = 0,60
• Rendimento máximo (Carnot) entre as mesmas temperaturas seria
etarm Carnot = 1 - TcTh
• Para o ciclo ser reversível, teríamos 0,60 = 1 - TcTh ;Longrightarrow; TcTh=0,40 , 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.

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