Enunciado

Uma máquina reversível, trabalhando entre dois reservatórios a temperaturas T q e T f , tem um rendimento de 30 por cento. Trabalhando como uma máquina térmica, ela libera 140 J de calor para o reservatório frio a cada ciclo. Uma segunda máquina, trabalhando entre os mesmos dois reservatórios, também libera 140 J para o reservatório frio, a cada ciclo. Mostre que, se a segunda máquina tem um rendimento maior do que 30 por cento, as duas máquinas, trabalhando juntas, violam o enunciado da segunda lei para máquinas térmicas.

Passo 1

Bora lá, essa é cascudinha! Vamos fazer a primeira máquina trabalhar como um refrigerador, já que ela é reversível. Então, ela vai retirar 140 J de calor do reservatório frio. Vamos ver quanto de calor quente e de trabalho estão envolvidos para que ela atenda aos 30 % de rendimento:

η = W Q q = 0.3

W = 0.3 Q q

Da conservação de energia:

W + Q f = Q q

0.3 Q q + 140 = Q q

0.7 Q q = 140

Q q = 200 J

W = 60 J

Beleza, então ela vai precisar de 60 J para jogar 200 J de calor no reservatório quente.

Passo 2

Agora, pega a segunda máquina! Ela coloca 140 J de calor no reservatório frio, certo? Então ela basicamente substituiu o calor que a primeira máquina retirava, porque uma bota e a outra retira a mesma quantidade. Agora, se a eficiência dessa segunda máquina for maior que 30 % e a gente repetisse as contas ali de cima, iríamos achar um calor quente maior que 200 J e um trabalho maior que 200 J . O resultado disso seria a segunda máquina não conseguindo fazer o refrigerador funcionar, porque teria que fornecer todo o calor para ele e ainda fazer mais trabalho! Os dois sistemas, trabalhando juntos, convertem calor em trabalho sem rejeitar nenhum calor para o reservatório frio (como a gente viu ali no começo desse passo), que viola a segunda lei da termodinâmica. Sacou?

Resposta

Ei, a resposta está no passo a passo :)

Ver Outros Exercícios desse livro

Exercícios de Livros Relacionados

Um refrigerador de Carnot extrai 35,0k J na forma de calor durante cada ciclo, operando com um coeficiente de desempenho de 4,60 . Qual é (a) a energia transferida para o ambiente por ciclo e (b) o tr
Uma máquina de Carnot cuja fonte quente está a 400K tem uma eficiência de 30,0 % . De quanto deve mudar a temperatura da fonte fria para que a eficiência aumente para 40,0 % ?
Um inventor construiu uma máquina térmica X que, segundo ele, possui uma eficiência e X maior que a eficiência e de uma máquina térmica operando entre as mesmas temperaturas. Suponhamos que a máquina
Uma máquina de Carnot é projetada para realizar um certo trabalho W por ciclo. Em cada ciclo, uma energia Q Q na forma de calor é transferida para a substância de trabalho da máquina a partir da fonte
A figura abaixo mostra um ciclo reversível a que é submetido 1 m o l de um gás monoatômico ideal. Suponha que p = 2 p 0 , V = 2 V 0 , p 0 = 1,01.10 5 P a e V 0 = 0,0225 m 3 . Calcule a o trabalho real