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Termodinâmica reversível e armazenamento com mudança de fase

ITA · 2ª fase

Um sólido quente possui capacidade térmica constante $C$ e temperatura inicial $2T_m$. Um segundo corpo, inicialmente todo sólido à sua temperatura de fusão $T_m$, é usado como reservatório frio. A energia necessária para fundi-lo inteiramente é $Q_L=CT_m\ln(3/2)$; depois de fundido, sua capacidade térmica é $2C$. As temperaturas são absolutas e os corpos não sofrem outras mudanças de fase na faixa considerada. Uma máquina cíclica reversível, de capacidade térmica desprezível, retira calor do corpo quente, rejeita calor para o outro e entrega trabalho. O conjunto é isolado termicamente do exterior. Despreze dilatações e qualquer trabalho externo que não seja o da máquina. A operação termina quando as temperaturas dos corpos se igualam. Durante a fusão, o corpo frio permanece em $T_m$. Use $\Delta S=C_i\ln(T_f/T_i)$ para uma fase de capacidade térmica constante $C_i$ e $\Delta S=Q_L/T_m$ para a fusão completa. (a) Mostre que a fusão termina antes de as temperaturas se igualarem e determine a temperatura do corpo quente nesse instante. (b) Determine a temperatura final comum. (c) Calcule o trabalho máximo total e explique por que manter o reservatório frio artificialmente em $T_m$ depois da fusão produziria uma previsão incorreta.

Abra o treino interativo para responder, consultar uma dica e conferir a resolução. A resolução discursiva é autoavaliada.