2.18 Com base na Segunda Lei da Termodinâmica, diferencie processos reversíveis de irreversíveis. Cite um exemplo de cada.
Passo 1
O enunciado pede que a gente use a Segunda Lei da Termodinâmica para diferenciar processos reversíveis de irreversíveis e, em seguida, dê um exemplo de cada. Para isso, vamos recorrer ao conceito de entropia e ao critério da variação de entropia do universo.
Passo 2
Um processo é dito reversível quando ele ocorre de forma infinitesimalmente lenta (quase-estática), sem atritos ou gradientes finitos que gerem dissipação. Nesses processos não há produção de entropia no sistema nem no entorno, de modo que
Além disso, ao invertermos todas as variáveis de controle, o caminho de volta segue exatamente o mesmo trajeto termodinâmico.
Passo 3
Já um processo irreversível envolve efeitos dissipativos, como atrito, gradientes de temperatura finitos, mistura espontânea de fluidos, choque ou expansão livre. Nesses casos há produção interna de entropia, e então
Isso significa que não conseguimos retornar ao estado inicial sem deixar um efeito permanente no entorno.
Passo 4
Exemplo de processo reversível: o Ciclo de Carnot, que consiste em duas expansões e duas compressões quase-estáticas e isotérmicas/adiabáticas ideais, todas sem atrito e com trocas de calor feitas com
. Como resultado, o ciclo é completamente reversível.
Passo 5
Exemplo de processo irreversível: a expansão livre de um gás ideal em vácuo. Ao libertar o gás em um reservatório vazio, ele se expande espontaneamente sem fazer trabalho útil e sem troca de calor, produzindo entropia interna e impedindo a volta espontânea ao volume inicial.
Resposta
Processo reversível: aquele que ocorre sem atritos nem gradientes finitos, mantendo
.
Exemplo: ciclo de Carnot (quase-estático, sem dissipação).
Exemplo: ciclo de Carnot (quase-estático, sem dissipação).
Processo irreversível: aquele que envolve dissipação interna (atrito, choque, gradientes de temperatura finitos, mistura), gerando
.
Exemplo: expansão livre de um gás ideal em vácuo.
Exemplo: expansão livre de um gás ideal em vácuo.