Um motor funciona da seguinte forma: a cada ciclo, recebe
de uma fonte a
e fornece
a uma fonte a
. Sobre essa situação, faça o que é pedido em cada item:
considerando que cada uma das duas etapas do ciclo seja instantânea, calcule a variação de entropia em cada ciclo;
considerando que cada uma das duas etapas do ciclo seja instantânea, calcule a variação de entropia em cada ciclo;
Passo 1
Beleza, vamos lá! O enunciado nos fala sobre um motor que, em cada ciclo, recebe 20,0 J de uma fonte quente a 100°C e entrega 15,0 J para uma fonte fria a 0°C. O que precisamos calcular é a variação de entropia em cada uma dessas etapas do ciclo.
Matéria envolvida: Termodinâmica, especificamente variação de entropia em processos térmicos.
O que vamos precisar:
- Conceito de entropia e como calculá-la.
- Conversão de temperaturas de Celsius para Kelvin.
- Fórmula da variação de entropia:
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar o que é entropia. Entropia é uma medida da desordem ou da dispersão de energia em um sistema. Quando energia térmica é transferida, a entropia do sistema pode aumentar ou diminuir.
A fórmula para calcular a variação de entropia (
) quando uma quantidade de calor
é transferida a uma temperatura
é:
É importante que a temperatura esteja na escala Kelvin para que a fórmula funcione corretamente.
Passo 3
Vamos converter as temperaturas de Celsius para Kelvin, porque a fórmula da entropia requer temperaturas em Kelvin.
- Para a fonte quente:
- Para a fonte fria:
Passo 4
Agora, vamos calcular a variação de entropia para a etapa em que o motor recebe 20,0 J da fonte quente.
Usando a fórmula:
Então, a variação de entropia nessa etapa é aproximadamente
.
Passo 5
Em seguida, vamos calcular a variação de entropia para a etapa em que o motor entrega 15,0 J para a fonte fria.
Aqui, a energia está sendo transferida para a fonte fria, então a variação de entropia será negativa, indicando que a entropia da fonte fria está aumentando.
Portanto, a variação de entropia nessa etapa é aproximadamente
.
Resposta
A variação de entropia em cada ciclo é de aproximadamente
na etapa de absorção de calor da fonte quente e
na etapa de rejeição de calor para a fonte fria.