Enunciado

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, Q > 0 .

B) processo internamente reversível, Q = 0 .

C) processo internamente reversível, Q < 0 .

D) processo internamente irreversível, Q > 0 .

E) processo internamente irreversível, Q = 0 .

F) processo internamente irreversível, Q < 0 .

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

∆ S = Q T b + σ

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.

σ = 0

Quando o processo é irreversível, a geração de entropia é sempre maior que zero.

σ > 0

Portanto, a geração de entropia é sempre maior ou igual a zero para qualquer processo, caso contrário este processo não pode ocorrer

σ ≥ 0

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

σ = 0

Pegando a equação

∆ S = Q T b + σ

Com σ=0

∆ S = Q T b

E Q>0 e Tb em uma escala absoluta nunca é negativa, então

∆ S > 0

Passo 4

B)

Processo é reversível, então

σ = 0

Pegando a equação

∆ S = Q T b + σ

Com σ=0

∆ S = Q T b

Q=0, então

∆ S = 0

Passo 5

C)

O processo é reversível

σ = 0

∆ S = Q T b

E Q

∆ S < 0

Passo 6

D)

Como o processo é irreversível, então

σ > 0

Como Q>0 e σ>0, e Tb em uma escala absoluta nunca é negativa, então

Q T b + σ > 0 ,   p a r a   q u a l q u e r   v a l o r   d o s   t e r m o s

Pegando a equação

∆ S = Q T b + σ

Assim,

∆ S > 0

Passo 7

E)

Processo irreversível, então

σ > 0

Pegando a equação

∆ S = Q T b + σ

Sendo Q=0

∆ S = σ

Como σ>0, então

∆ S > 0

Passo 8

F)

Processo irreversível, então

σ > 0

Pegando a equação

∆ S = Q T b + σ

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)

∆ S > 0

B)

∆ S = 0

C)

∆ S < 0

D)

∆ S > 0

E)

∆ S > 0

F)

∆ S   é   i n d e t e r m i n a d o

Ver Outros Exercícios desse livro