Exercícios Resolvidos de Variação da Entropia e Segunda Lei da Termodinâmica

UFPE, Física 2, PF - 2018.2, Questão 4

Considere dois reservatórios térmicos com temperaturas T 1 = 100 K   e   T 2 = 200 K .

  1. Os reservatórios são colocados em contato térmico durante um intervalo de tempo suficiente para que troquem 1000   J de calor. Determine a variação de entropia do conjunto, S = S 1 + S 2 , em J / K .
  2. Os mesmos reservatórios são utilizados para operar uma máquina de Carnot. Se 1000   J de calor são absorvidos pelo reservatório frio em cada ciclo, qual a variação de entropia dos dois reservatórios, S = S 1 + S 2 , em J / K , ao final de um ciclo?

(Lembrete: Um reservatório térmico é, por definição, um sistema capaz de ceder ou absorver uma quantidade arbitrária de calor sem sofrer qualquer variação em sua temperatura).

Passo 1

Galera, no enunciado já tiramos que variação da entropia é descrita da seguinte maneira:

S = S 1 + S 2

Então:

S = Q T 1 - Q T 2 = 1000 100 - 1000 200 = 5 J K

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Passo 2

Os dois reservatórios e o gás formam o sistema fechado e passam por processos reversíveis. Portanto, para os três, a variação de entropia é nula. Como ao final de um ciclo a variação de entropia apenas do gás é nula, pois a entropia é uma função de estado, a variação de entropia dos dois reservatórios combinados também é nula.

Explicitamente, para o ciclo de Carnot, Q F Q Q = T 1 T 2 e, portanto:

Q Q = T 2 T 1 × Q F = 2000 J ,   e m   m ó d u l o

Assim, para os dois reservatórios apenas:

S Q + S F = - 2000 200 + 1000 100 = 0

Resposta

a) 5 J/K

b) 0

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