Enunciado
Termodinâmica - Moran e Shapiro - Princípios de Termodinâmica para Engenharia- Ed: 7º - Capítulo 6.Problemas - Ex. 36
36. Um sistema fechado é submetido a um processo no qual trabalho é realizado no sistema e a transferência de calor Q ocorre na temperatura Tb. Para cada caso, determine se a variação de entropia do sistema é positiva, negativa, nula ou indeterminada.
A) processo internamente reversível, .
B) processo internamente reversível, .
C) processo internamente reversível, .
D) processo internamente irreversível, .
E) processo internamente irreversível, .
F) processo internamente irreversível, .
Passo 1
Nessa questão, o que você precisa fazer é fazer uma relação entre a variação de entropia e a transferência de calor.
Para isso, vamos lembrar que em um processo contido em um sistema fechado, como foi dito no enunciado, a variação de entropia se relaciona com a transferência de calor pela equação do balanço de entropia para sistemas fechados, que é a seguinte
Onde,
-Q, é a transferência de calor;
-Tb é a temperatura da vizinhança do sistema;
-ΔS é a variação de entropia, em unidades de kJ/K;
-σ é a taxa de geração de entropia;
Passo 2
Agora vamos relembra alguns conceitos sobre processos reversíveis e irreversíveis, e geração de entropia.
Um processo reversível é aquele que é possível retornar ao seu estado inicial, já processo irreversível é aquele em que isso não é possível.
A geração de entropia está diretamente relacionada com esses termos. Quando um processo é reversível a geração de entropia é nula.
Quando o processo é irreversível, a geração de entropia é sempre maior que zero.
Portanto, a geração de entropia é sempre maior ou igual a zero para qualquer processo, caso contrário este processo não pode ocorrer
Através destes conceitos e da equação da variação de entropia, você já pode começar a analisar as afirmativas de (A) a (F).
Passo 3
A)
Como o processo é reversível, então
Pegando a equação
Com σ=0
E Q>0 e Tb em uma escala absoluta nunca é negativa, então
Passo 4
B)
Processo é reversível, então
Pegando a equação
Com σ=0
Q=0, então
Passo 5
C)
O processo é reversível
E Q
Passo 6
D)
Como o processo é irreversível, então
Como Q>0 e σ>0, e Tb em uma escala absoluta nunca é negativa, então
Pegando a equação
Assim,
Passo 7
E)
Processo irreversível, então
Pegando a equação
Sendo Q=0
Como σ>0, então
Passo 8
F)
Processo irreversível, então
Pegando a equação
Sendo que Q
ΔS pode ser positiva, negativa ou nula, dependendo da magnitude relativa de cada termo da equação da variação de entropia.
Resposta
A)
B)
C)
D)
E)
F)