Explique, com base nas declarações de Kelvin-Planck e Clausius e em cálculos envolvendo entropia e eficiência…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Realizar previsões qualitativas e quantitativas sobre o funcionamento de geradores, motores elétricos e seus componentes, bobinas, transformadores, pilhas, baterias e dispositivos eletrônicos, com base na análise dos processos de transformação e condução de energia envolvidos – com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais –, para propor ações que visem a sustentabilidade.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Explique, com base nas declarações de Kelvin-Planck e Clausius e em cálculos envolvendo entropia e eficiência, por que é impossível construir uma máquina térmica de 2ª espécie que converta totalmente calor em trabalho sem rejeitar calor para um reservatório mais frio. Inclua um exemplo numérico.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Kelvin-Planck: não existe ciclo que converta todo Qh em trabalho. Clausius: calor não passa espontaneamente do frio para o quente. Pela entropia ?S_total = 0. Ex.: Th = 600 K, Tc = 300 K, Qh = 1000 J ? ?_C = 1 - 300/600 = 0,5 ? Wmax = 500 J, Qc = 500 J. Se W = 1000 J (Qc = 0), ?S = -Qh/Th = -1000/600 = -1,67 J·K?¹ < 0, contrariando ?S_total = 0; portanto a máquina de 2.ª espécie é impossível.
Explicação
A impossibilidade de construir uma máquina térmica de 2ª espécie se baseia nas leis da termodinâmica, que afirmam que não é viável converter todo o calor em trabalho sem a rejeição de calor para um reservatório mais frio. A análise da entropia mostra que, ao tentar realizar essa conversão total, a entropia total do sistema diminuiria, o que contraria o princípio de que a entropia total deve aumentar ou permanecer constante. Assim, qualquer tentativa de criar uma máquina desse tipo resulta em uma violação das leis fundamentais da termodinâmica.
Raio-X da questão
máquina térmica, entropia, eficiência
avaliacao
máquinas térmicas · entropia e eficiência
Revisar os princípios da termodinâmica e as leis de Kelvin-Planck e Clausius.
O aluno pode confundir as leis da termodinâmica e afirmar que é possível criar uma máquina que converta calor em trabalho sem rejeitar calor.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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