(3) Com base na leitura dos textos, responda o item a seguir:
(b) Se um sistema sofre uma transformação termodinâmica do estado de equilíbrio
para o estado de equilíbrio
, o modo como o processo é realizado (reversivelmente ou irreversivelmente) afeta a variação da energia interna e o trabalho? Justifique.
(b) Se um sistema sofre uma transformação termodinâmica do estado de equilíbrio
Passo 1
Primeiro, vamos entender o que a questão está pedindo. Temos um sistema que passa de um estado de equilíbrio com temperatura
, pressão
e volume
para outro estado de equilíbrio com temperatura
, pressão
e volume
. A pergunta é: se esse processo é feito de maneira reversível ou irreversível, isso afeta a variação da energia interna e o trabalho realizado? Para responder, vamos precisar dos conceitos básicos da termodinâmica, como a primeira lei da termodinâmica e a definição de processos reversíveis e irreversíveis.
Passo 2
Vamos começar com a primeira lei da termodinâmica, que é uma forma de expressar a conservação de energia para sistemas termodinâmicos. Ela diz que a variação da energia interna (
) de um sistema é igual ao calor (
) fornecido ao sistema menos o trabalho (
) realizado pelo sistema:
É importante notar que essa relação mostra como a energia interna muda com base nas trocas de calor e trabalho, mas não especifica como essas trocas acontecem.
Passo 3
Agora, vamos falar sobre processos reversíveis e irreversíveis. Um processo reversível é um idealizado, onde o sistema e o ambiente podem ser retornados exatamente ao estado inicial sem deixar vestígios no ambiente. Já um processo irreversível é realista, onde há dissipações como atrito ou gradientes de temperatura que impedem que o processo seja facilmente invertido.
Passo 4
A variação da energia interna (
) depende apenas dos estados inicial e final do sistema, não do caminho usado para ir de um ao outro. Isso significa que, independentemente de o processo ser reversível ou irreversível, a mudança na energia interna será a mesma:
Isso ocorre porque
é uma função de estado, dependendo apenas dos estados inicial e final.
Passo 5
Por outro lado, o trabalho (
) realizado depende do caminho seguido pelo processo. Em um processo reversível, o trabalho é maximizado porque o sistema está sempre em equilíbrio com o ambiente. Em um processo irreversível, há perdas de energia (como calor dissipada) que fazem com que o trabalho realizado seja menor. Portanto:
Isso mostra que a maneira como o processo é realizado afeta diretamente o trabalho realizado, mas não a variação da energia interna.
Resposta
A variação da energia interna (
) não é afetada pelo modo como o processo é realizado, seja reversível ou irreversível, pois depende apenas dos estados inicial e final. Porém, o trabalho (
) realizado varia de acordo com o processo: em um processo reversível, o trabalho é maior do que em um processo irreversível.