Analise qualitativa e quantitativamente como irreversibilidades afetam a eficiência de uma máquina térmica que…

Questão

Analise qualitativa e quantitativamente como irreversibilidades afetam a eficiência de uma máquina térmica que recebe Qh = 5,0×10^5 J de uma fonte a Th = 900 K e rejeita para Tc = 300 K. (a) calcule ?_C inicial; (b) calcule ?_C se Th aumenta para 1000 K; (c) discuta efeitos de irreversibilidades sobre ?_real e variação de entropia por ciclo.

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

Cálculos: ?_C1 = 1 - Tc/Th = 1 - 300/900 = 1 - 0,333... = 0,6667 ? 66,67%. Se Th = 1000 K: ?_C2 = 1 - 300/1000 = 0,70 ? 70,0%. Para um ciclo reversível (Carnot) Qc1 = Qh·Tc/Th = 5,0×10^5·300/900 = 1,6667×10^5 J; se Th=1000 K, Qc2 = 1,50×10^5 J. Comentário qualitativo: irreversibilidades (atrito, gradientes de temperatura, perdas por atrito) reduzem a eficiência real ?_real < ?_C e geram entropia positiva ?S_gen > 0; para motores reais a potência útil W = ?_real·Qh é menor que o máximo reversível W_max = ?_C·Qh. Medidas para melhorar ?_real incluem aumentar Th (limite material), reduzir Tc (melhor troca térmica) e minimizar perdas irreversíveis; porém aumentos de Th podem aumentar geração de entropia por não reversibilidades internas e têm limites práticos e ambientais.

Explicação

A análise quantitativa da eficiência de uma máquina térmica é fundamentada na relação entre as temperaturas da fonte quente e da fonte fria, conforme a fórmula de eficiência de Carnot. O impacto das irreversibilidades é refletido na eficiência real, que é sempre menor que a eficiência ideal, além de contribuir para um aumento da entropia gerada durante o ciclo. Medidas para melhorar a eficiência real devem considerar tanto o aumento da temperatura da fonte quente quanto a minimização das perdas irreversíveis, embora isso possa ter limitações práticas.

Raio-X da questão

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