Um sistema executa um ciclo termodinâmico recebendo energia QQ através de uma região de sua fronteira cuja temperatura é TQ e descarregando QF através de uma região de fronteira que se encontra na temperatura TF. Não existem outras interações de calor.
Se QQ e QF são trocados com reservatórios térmicos que se encontram a TA e TB respectivamente, indique a relação que existe entre TQ e TA e entre TF e TB (qual é maior e qual é menor).

Passo 1

O enunciado diz que um sistema em ciclo recebe uma quantidade de calor através de uma fronteira com temperatura e libera numa fronteira com temperatura . Esses calores vêm de reservatórios térmicos a (fornece ) e a (recebe ).
Conteúdo: Segunda Lei da Termodinâmica, fluxo espontâneo de calor. Vamos usar o fato de que calor só flui naturalmente do mais quente para o mais frio.

Passo 2

Segundo a Segunda Lei, calor espontâneo vai do corpo com maior temperatura para o de menor temperatura até o equilíbrio. Se chamarmos de “fonte” quem fornece calor e “sumidouro” quem recebe, sempre vale:
fonte mais quente > sumidouro mais frio.

Passo 3

Para o calor TA > TQ, que entra no sistema:
• Fonte = reservatório a
• Sumidouro = fronteira do sistema a
Logo, para o fluxo ocorrer, deve ser

Passo 4

Para o calor TF > TB, que sai do sistema:
• Fonte = fronteira do sistema a
• Sumidouro = reservatório a
Então, para esse fluxo de saída, vale

Resposta

TA > TQ e TF > TB,

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