10- Sobre um processo termodinâmico que ocorre de forma isolada e sua entropia, classifique as afirmativas a seguir como verdadeiras (V) ou falsas (F).
( ) Em um processo isolado, a entropia do sistema diminui com o tempo.
( ) Em um processo isolado, a temperatura do sistema aumenta com o passar do tempo.
( ) Em um processo isolado em que não há ganho de energia por fonte externa, a entropia se mantém.

Passo 1

O enunciado pede que eu classifique três afirmativas sobre um processo termodinâmico que ocorre de forma isolada como verdadeiras (V) ou falsas (F). As três afirmativas são, na ordem em que aparecem:
  1. “Em um processo isolado, a entropia do sistema diminui com o tempo.”
  2. “Em um processo isolado, a temperatura do sistema aumenta com o passar do tempo.”
  3. “Em um processo isolado em que não há ganho de energia por fonte externa, a entropia se mantém.”
Informações relevantes dadas (explicitamente ou implícitas):
  • O sistema é isolado (isto é, não troca energia nem matéria com o exterior).
  • Quer-se saber o comportamento da entropia e da temperatura ao longo do tempo em tal condição.

Passo 2

Breve explicação do conceito central (entropia em sistemas isolados) e da lei relevante:
  • Entropia é uma grandeza termodinâmica que mede, de forma macroscópica, a tendência ao espalhamento de energia e ao aumento de desordem; não precisa decorar uma definição profunda agora — o importante é como ela se comporta.
  • A Lei II da Termodinâmica (na forma adequada para sistemas isolados) diz que a variação de entropia total de um sistema isolado satisfaz
dS \ge 0,
ou seja, a entropia não diminui; ela aumenta para processos irreversíveis e permanece constante apenas para processos reversíveis. Essa é a regra-chave que vamos usar. Aqui dS é a variação de entropia do sistema isolado ao longo de um processo infinitesimal.

Passo 3

Explicação didática do porquê a afirmativa 1 é falsa:
  • A afirmativa 1 diz que “a entropia do sistema diminui com o tempo”. Isso contradiz diretamente a Lei II para sistemas isolados, que diz dS\ge 0.
  • Em palavras simples: num sistema isolado a entropia não pode cair porque não há para onde “levar” a irreversibilidade — toda produção interna de irreversibilidade só aumenta a entropia. Exemplos comuns: mistura espontânea de dois gases em um recipiente isolado ou a expansão livre de um gás aumentam a entropia.
  • Conclusão: a afirmativa 1 é falsa.

Passo 4

Explicação didática do porquê a afirmativa 2 é falsa:
  • A afirmativa 2 afirma que “em um processo isolado, a temperatura do sistema aumenta com o passar do tempo”. Isso é uma afirmação muito específica e universal sobre temperatura que não decorre da condição de isolamento.
  • Num sistema isolado a energia interna total U é conservada (não entra nem sai energia). A temperatura é uma propriedade que depende de como a energia está distribuída internamente; ela pode aumentar, diminuir ou não variar dependendo do processo interno. Por exemplo:
    • Dois corpos inicialmente a temperaturas diferentes e isolados entre si trocam calor internamente: o corpo mais quente esfria e o mais frio aquece, até atingir uma temperatura intermediária de equilíbrio. Não há monotonia universal de “aumenta”.
    • Em uma expansão livre de gás ideal num recipiente isolado, a temperatura do gás ideal pode permanecer constante (no caso ideal sem interação) ou mudar dependendo das interações reais.
  • Logo, não se pode afirmar que a temperatura sempre aumenta em processos isolados. Afirmativa 2 é falsa.

Passo 5

Explicação didática do porquê a afirmativa 3 é falsa (e quando seria verdadeira):
  • A afirmativa 3 diz: “Em um processo isolado em que não há ganho de energia por fonte externa, a entropia se mantém.” Primeiro, “não há ganho de energia por fonte externa” descreve exatamente a condição de um sistema isolado (nenhuma troca de energia com o exterior). Mas da Lei II temos dS\ge 0, não dS=0 em geral.
  • A entropia só permanece constante ( dS=0) se o processo for reversível. Processos reais espontâneos são, na maioria das vezes, irreversíveis e aí dS>0. Portanto, a ausência de troca de energia com o exterior não garante reversibilidade. Exemplos em que a entropia aumenta apesar do sistema ser isolado: mistura espontânea de dois gases diferentes em um compartimento isolado, reações químicas irreversíveis ocorrendo dentro do sistema, expansão livre do gás (Joule), etc.
  • Em termos compactos: para sistema isolado
dS = \sigma \ge 0,
onde \sigma é a produção interna de entropia; \sigma=0 apenas para processos reversíveis. Assim, a afirmativa que diz que a entropia “se mantém” é equivocada em geral. Conclusão: a afirmativa 3 é falsa (somente seria verdadeira em condições especiais de processo reversível).

Passo 6

Resumo final das classificações com justificativa curta:
  • Afirmativa 1: falsa porque contradiz a Lei II ( dS\ge 0).
  • Afirmativa 2: falsa porque temperatura pode aumentar, diminuir ou ficar constante dependendo do processo interno, não há regra de aumento monotônico apenas por isolamento.
  • Afirmativa 3: falsa em geral; entropia só permanece constante se o processo for reversível; processos irreversíveis em sistema isolado aumentam a entropia.

Resposta

F
F
F

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