(1,0 ponto) Considere um ciclo termodinâmico em que um sistema absorve 1200 J de calor de uma fonte quente e rejeita 800 J para uma fonte fria. (a) Calcule o trabalho realizado pelo sistema em cada ciclo. (b) Determine a variação total da entropia do universo para esse ciclo, assumindo temperaturas da fonte quente e fria de 600 K e 300 K , respectivamente. (c) Este ciclo é reversível?
Passo 1
O enunciado descreve um ciclo termodinâmico em que o sistema absorve
de uma fonte quente a
e rejeita
a uma fonte fria a
. Como é um ciclo, a energia interna retorna ao valor inicial, de modo que podemos usar a primeira lei de termodinâmica para ciclos:
onde
é o trabalho realizado pelo sistema.
Passo 2
Isolando
da equação da primeira lei, temos
Substituindo os valores,
Passo 3
Para avaliar a irreversibilidade, calculamos a variação de entropia do universo
. Como a entropia do sistema retorna ao valor inicial num ciclo
, basta computar a variação de entropia das fontes (vizinhança):
Logo,
Passo 4
Pelo critério de reversibilidade, um ciclo é reversível somente se
. Aqui
, portanto o ciclo é irreversível.
Resposta
(a)
(b)
(c) O ciclo é irreversível.
(b)
(c) O ciclo é irreversível.