Exercícios Resolvidos de Variação da Entropia e Segunda Lei da Termodinâmica

Marque a afirmação errada:

a) Para as mesmas fontes fria e quente, nenhuma máquina real pode ter uma eficiência maior que uma máquina de Carnot.

b) Em um sistema fechado, o estado de equilíbrio é o que possui maior entropia e maior número de microestados.

c) Se S é a entropia de um sistema fechado, ∆S > 0 para processos reversíveis e ∆S = 0 para processos irreversíveis.

d) A entropia de um sistema depende apenas do estado do sistema, e não do processo que o levou ao seu estado.

e) Nenhuma máquina térmica pode converter integralmente o calor recebido em trabalho.

f) A variação de entropia de um sistema que fornece calor pode ser negativa.

Passo 1

Questãozinha sobre segunda lei da termodinâmica. Esta pode ser descrita de diversas formas.

A entropia de um sistema é uma função de estado que, para processos reversíveis é:

d S = d Q r e v e r s í v e l T

A segunda lei diz que a entropia do universo (sistema + vizinhança) nunca diminui

Δ S u n i v e r s o ≥ 0

O que tem como consequência que o maior rendimento possível para um máquina térmica seja o rendimento de uma máquina reversível, a máquina de Carnot.

η ≤ η C a r n o t = 1 - T F T Q

Do ponto de vista microscópico, apesar de todos os microestados serem igualmente prováveis, existem diversos microestados que são equivalentes, o que faz com que os estados desordenados (alta entropia) sejam ridiculamente mais prováveis de ocorrerem do que estados organizados.

MOSTRAR SOLUÇÃO COMPLETA

Passo 2

Olhando as alternativas:

a) Para as mesmas fontes fria e quente, nenhuma máquina real pode ter uma eficiência maior que uma máquina de Carnot.

Exatamente, para que não ocorra diminuição de entropia no universo, proibido pela 2ª lei, a eficiência tem que ser menor ou igual a eficiência de uma máquina de Carnot. Correto!

b) Em um sistema fechado, o estado de equilíbrio é o que possui maior entropia e maior número de microestados.

O equilíbrio vai ser justamente o estado de maior entropia, que do ponto de vista microscópico é aquele mais provável, o que possui o maior número de microestados. Correto!

c) Se S é a entropia de um sistema fechado, ∆S > 0 para processos reversíveis e ∆S = 0 para processos irreversíveis.

Aí temos um problema, pois a variação de entropia de um processo reversível é Δ S = 0 enquanto para processos irreversíveis ( Δ S > 0 ) e Δ S < 0 são processos impossíveis. INCORRETA!

d) A entropia de um sistema depende apenas do estado do sistema, e não do processo que o levou ao seu estado.

A entropia, assim como a energia interna, é uma função de estado, ou seja, só depende das características do estado daquele sistema, é independente do caminho! CORRETA!

e) Nenhuma máquina térmica pode converter integralmente o calor recebido em trabalho.

A eficiência máxima está limitada pela eficiência de Carnot.

η ≤ η C a r n o t = 1 - T F T Q

A eficiência só poderia chegar a 100% caso T F = 0   K , o que é impossível. CORRETA!

f) A variação de entropia de um sistema que fornece calor pode ser negativa.

A entropia do universo nunca pode diminuir.

Um sistema pode ter entropia negativa, desde que sua vizinhança produza uma entropia positiva suficiente para compensá-la e a entropia total desse universo ser maior ou igual a zero. CORRETA!

Resposta

c) Se S é a entropia de um sistema fechado, ∆S > 0 para processos reversíveis e ∆S = 0 para processos irreversíveis.

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