A máquina térmica no diagrama ao lado poderia ser realizada fisicamente?
Dados:
a) Sim, pois ela respeita a 1a e 2a leis da termodinâmica
b) Não, pois ela respeita a 1a e 2a leis da termodinâmica
c) Não, pois ela respeita a 1a lei da termodinâmica mas viola a 2a lei.
d) Não, pois ela respeita a 2a lei da termodinâmica mas viola a 1ª lei.
e) Não, pois ela viola a 1a e 2a leis da termodinâmica
Passo 1
A primeira lei da termodinâmica, considerando o trabalho feito pelo gás é:
Onde
Já a segunda lei da termodinâmica diz que o processo só pode ocorrer se não houver diminuição de entropia. Num ciclo termodinâmico, isso ocorre quando o rendimento é menor ou igual ao rendimento de um ciclo de Carnot:
Lembrando que o rendimento de um ciclo qualquer é
Passo 2
Vamos testar a primeira lei,
Num ciclo termodinâmico, a variação de energia interna é zero, pois esta é uma função de estado.
O calor total do ciclo é
Então, o trabalho deveria ser:
O sistema deria realizar 500 J de trabalho, mas na imagem só o vemos realizar 400 J.
O sistema viola a primeira lei da termodinâmica!
Passo 3
Vamos testar para a segunda lei da termodinâmica.
O rendimento do ciclo pode ser calculado de duas formas (como ele viola a primeira lei, as duas vão dar resultados diferentes).
Ou, então:
Para que esse ciclo não viole a segunda lei, o rendimento deve ser menor do que o rendimento de um ciclo de Carnot:
Só que tanto quando são maiores que !
Ou seja, o sistema também viola a segunda lei da termodinâmica!
Resposta
e) Não, pois ela viola a 1a e 2a leis da termodinâmica