Enunciado
Termodinâmica - Moran e Shapiro - Princípios de Termodinâmica para Engenharia- Ed: 7º - Capítulo 5.Problemas - Ex. 94
Responda se cada uma das afirmativas é verdadeira ou falsa. Explique.
(a) A escala Kelvin é a única escala de temperatura absoluta.
(b) Em certos casos, refrigeradores domésticos violam o enunciado de Clausius da segunda lei da termodinâmica.
(c) O atrito associado ao escoamento de fluidos ao longo de canais e ao redor de objetos é um tipo de irreversibilidade.
(d) Um site afirma que uma bomba de calor capaz de manter uma residência a 70°F (21,1°C) em um dia em que a temperatura externa é de 32°F (0°C) tem um coeficiente de desempenho de 3,5. Entretanto, a afirmação não está de acordo com a segunda lei da termodinâmica.
(e) Não há irreversibilidades dentro de um sistema que sofre um processo internamente reversível.
Passo 1
a) A escala Kelvin é a única escala de temperatura absoluta.
A escala Kelvin é UMA escala de temperatura absoluta.
O que a torna absoluta é NÃO ATRIBUIR VALORES NEGATIVOS para suas condições de medida. Não há ocorrência de processos abaixo de e, nessa temperatura, é possível a ocorrência de alguns fenômenos ideais.
Porém, ALÉM DA ESCALA KELVIN, por exemplo, também há a Escala Rankine, proporcional à escala Kelvin onde e a mesma TAMBÉM NÃO POSSUI DEFINIÇÃO DE VALORES NEGATIVOS para transferência de calor.
a) Afirmativa FALSA.
Passo 2
b) Em certos casos, refrigeradores domésticos violam o enunciado de Clausius da segunda lei da termodinâmica.
Revendo o enunciado, temos: “é impossível para qualquer sistema operar de tal maneira que o único resultado seja a transferência de energia na forma de calor de um corpo a uma temperatura fria para outro a uma temperatura quente”.
É, o enunciado foi violado pela sua geladeira... Entretanto...
Seria, se não houvesse a condição, por exemplo, de EXECUÇÃO DE TRABALHO ELETROMOTRIZ da geladeira para fazer com que o sistema opere de modo “contrário” ao enunciado de Clausius.
O ENUNCIADO NÃO EXCLUI A TRANSFERÊNCIA DO CORPO FRIO PARA O QUENTE desde que algumas condições sejam cumpridas e o processo não ocorra de modo espontâneo.
O enunciado continua valendo. A diferença é que, além do sistema estar invertido (frio → quente para manter geladinho), AINDA HÁ TRABALHO OPERANDO no sistema resultando em transferência de parte dessa energia.
Caso não houvesse, ou o enunciado fosse violado, queria ver aonde você iria secar sua roupa mais rápido.
b) Afirmativa FALSA.
Passo 3
c) O atrito associado ao escoamento de fluidos ao longo de canais e ao redor de objetos é um tipo de irreversibilidade.
É, acontece. E é verdade. Qualquer tipo de atrito pode ser considerado como um tipo de desgaste inevitável a nível molecular cristalino (só pra soar bonito).
O ponto é que QUALQUER INTERAÇÃO FÍSICA entre corpos gera um desgaste em suas superfícies (mesmo em fluidos).
São exemplos de irreversibilidades:
→ Transferência de calor por DIFERENÇA FINITA de TEMPERATURA;
→ Expansão NÃO RESISTIDA de fluidos até um ponto mais baixo;
→ Reação química ESPONTÂNEA;
→ ATRITO / Resiliência de fluidos;
→ Mistura ESPONTÂNEA de fases diferentes;
→ Deformação INELÁSTICA;
... e por aí vai pra mais de milhão.
Sendo que não é possível evitar certos tipos de ocorrências espontâneas durante os processos.
c) Afirmativa VERDADEIRA.
Passo 4
d) Um site afirma que uma bomba de calor capaz de manter uma residência a 70°F (21,1°C) em um dia em que a temperatura externa é de 32°F (0°C) tem um coeficiente de desempenho de 3,5. Entretanto, a afirmação não está de acordo com a segunda lei da termodinâmica.
Eis que você foi à loja pra perguntar se tinha que trocar...
Ó você aqui
E no encarte diz exatamente isso:
Como coeficiente de desempenho →
E no manual de instruções consta:
→ →
→ →
Por ser uma bomba de calor, você pode calcular, antes de falar no SAC da loja:
→ →
Porém, a gente tem que saber como a bomba mantém desempenho máximo e, pra isso, você pode substituir o uso do Calor pela própria Temperatura de operação, ou seja:
Sendo assim, temos:
O que significa que o coeficiente de desempenho da bomba que você comprou está muito abaixo do máximo possível para uma bomba com essas condições de operação. O que significa que a bomba não vai queimar nem dar pau por um bom tempo. Pode comprar sem medo e não precisa nem de garantia estendida.
d) Afirmativa FALSA.
Passo 5
e) Não há irreversibilidades dentro de um sistema que sofre um processo internamente reversível.
Nessa não tem muito argumento rebuscado.
Se um processo chegou ao ponto de ser internamente REVERSÍVEL, significa dizer que ele chegou ao equilíbrio do balanço energético e sua condição de ocorrência indica
Onde há AUSÊNCIA DE IRREVERSIBILIDADES INTERNAS NO SISTEMA.
Anota essa bem resumida pra nunca mais esquecer e marca.
e) Afirmativa VERDADEIRA.
Resposta
a) Afirmativa FALSA.
b) Afirmativa FALSA.
c) Afirmativa VERDADEIRA.
d) Afirmativa FALSA.
e) Afirmativa VERDADEIRA.