Considere um ciclo térmico motor que opera nas seguintes condições:

a. Q ˙ H = 6   k W                             Q ˙ L = 4 k W                                     W ˙ = 2 k W

b. Q ˙ H = 6   k W                             Q ˙ L = 0 k W                                     W ˙ = 6 k W

c. Q ˙ H = 6   k W                             Q ˙ L = 2 k W                                     W ˙ = 5 k W

d. Q ˙ H = 6   k W                             Q ˙ L = 6 k W                                     W ˙ = 0 k W

Estas condições operacionais satisfazem a primeira e a segunda lei da termodinâmica?

Passo 1

Fala pessoal, tudo bom? Bora resolver essa comigo?

Galera temos a condições listas e temos que determinar se elas respeitam a primeira e a segunda lei da termodinâmica.

Para está análise vamos lembrar as das leis, em poucas palavras.

A primeira lei da termodinâmica é uma aplicação do princípio da conservação da energia para os sistemas termodinâmicos. De acordo com essa lei, para todo calor quente fornecido ao sistema será equivalente ao trabalho realizado.

A segunda lei da termodinâmica, segundo o enunciado de Kelvin – Planck, é impossível uma máquina térmica operar sem que parte do calor fornecido seja rejeitava para um segundo tanque de baixa temperatura.

Passo 2

Certo galera, com os conceitos levemente lembrados estamos prontos para determinar cada item.

Lembrando que temos a equação do balanço energético:

W ˙ = Q ˙ H - Q ˙ L

a)Temos:

Q ˙ H = 6   k W                             Q ˙ L = 4 k W                                     W ˙ = 2 k W

Para primeira lei: temos calor sendo injetado de Q ˙ H = 6   k W e temos trabalho sendo realizado de W ˙ = 2 k W , portanto, ela respeita a primeira lei. Devido executar a quantidade de trabalho que o sistema deveria executar.

W ˙ = 6 - 4 = 2 k W

Segunda lei: Utilizando a equação do balanço energético. Respeita a segunda lei.

b) Temos:

Q ˙ H = 6   k W                             Q ˙ L = 0 k W                                     W ˙ = 6 k W

Para primeira lei: temos calor sendo injetado de Q ˙ H = 6   k W e temos trabalho sendo realizado de W ˙ = 6 k W , portanto, ela respeita a primeira lei. Devido executar a quantidade de trabalho que o sistema deveria executar.

Segunda lei: Utilizando a equação do balanço energético:

W ˙ = 6 - 0 = 6 k W

Segundo o enunciado de Kelvin – Planck essa condição não respeita a segunda lei da termodinâmica, pois, precisamos que parte do calor quente seja rejeitado pela máquina. Essa situação se encontra no mundo ideal.

Passo 3

c)Temos:

Q ˙ H = 6   k W                             Q ˙ L = 2 k W                                     W ˙ = 5 k W

Para primeira lei: temos calor sendo injetado de Q ˙ H = 6   k W e temos trabalho sendo realizado de W ˙ = 5 k W , portanto, ela não respeita a primeira lei. Devido, não executar a quantidade de trabalho que o sistema deveria executar.

Utilizando a equação do balanço energético:

W ˙ = 6 - 2 = 4 k W

O sistema deveria executar 4   k W de trabalho.

Segunda lei: Não respeita, pelo mesmo motivo da primeira, energia não se cria apenas se transforma e para toda transformação, se estivermos no mundo real, existe perda.

d) Temos:

Q ˙ H = 6   k W                             Q ˙ L = 6 k W                                     W ˙ = 0 k W

Para primeira lei: temos calor sendo injetado de Q ˙ H = 6   k W , rejeita Q ˙ L = 6   k W e temos trabalho sendo realizado de W ˙ = 0 k W , portanto, ela respeita a primeira lei. Devido executar a quantidade de trabalho que o sistema deveria executar.

Utilizando a equação do balanço energético:

W ˙ = 6 - 6 = 0 k W

Para segunda lei:

Segundo o enunciado de Kelvin – Planck essa condição respeita a segunda lei da termodinâmica, pois, a máquina está rejeitando todo calor fornecido e não executando trabalho, como de esperado.

É isso galera, valeu!

Resposta

a)Primeira lei: Respeita.

Segunda lei: Respeita.

b)Primeira lei: Respeita.

Segunda lei: Não respeita.

c)Primeira lei: Não respeita.

Segunda lei: Não respeita.

d)Primeira lei: Respeita.

Segunda lei: Respeita.

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