- Em cada um dos casos seguintes, os sistemas
e
estão inicialmente em equilíbrio térmico um com o outro e estão ligados por uma parede. Explicar, em cada caso, se a parede deve ser diatérmica ou adiabática, ou se pode ser uma coisa e outra. (a) Quando
aumenta, a volume constante,
e
não se alteram. (b) Quando
aumenta a volume constante,
aumenta a pressão constante. (c) Quando
aumenta enquanto
diminui,
e
não se alteram.
Passo 1
Temos dois sistemas térmicos
e
inicialmente em equilíbrio térmico, ligados por uma parede que pode ser adiabática (não permite troca de calor) ou diatérmica (permite troca de calor) e também pode ou não transmitir trabalho mecânico. Em cada cenário sabemos como varia
,
,
e
quando aplicamos alguma ação externa em
. Vamos usar a primeira lei da termodinâmica para cada sistema e a ideia de que toda variação de estado de
só pode ser provocada por troca de calor (se a parede for diatérmica) ou por trabalho mecânico (se a parede permitir trabalho).
Passo 2
Caso (a): aumentamos
mantendo
constante e observamos que nem
nem
mudam.
– Como é constante, não há trabalho de expansão em
que possa “ir” para
.
– Se a parede fosse diatérmica, ao elevar a temperatura de (para aumentar
) haveria fluxo de calor para
, alterando seu estado.
– Como permanece inalterado, não houve troca de calor. Logo a parede deve ser adiabática.
– Como
– Se a parede fosse diatérmica, ao elevar a temperatura de
– Como
Passo 3
Caso (b): aumentamos
a
constante e vemos que
se expande (
aumenta) mantendo
constante.
– Não há trabalho mecânico vindo de pois
não muda.
– A expansão isobárica de só pode ocorrer se
receber calor.
– Portanto, houve fluxo de calor de para
, o que exige parede diatérmica.
– Não há trabalho mecânico vindo de
– A expansão isobárica de
– Portanto, houve fluxo de calor de
Passo 4
Caso (c):
sobe enquanto
diminui (logo
recebe trabalho mecânico de fora), e
,
não mudam.
– A variação de estado de é por trabalho externo, sem envolvimento de
.
– Se a parede fosse diatérmica, o aquecimento resultante em forçaria calor para
e alteraria
.
– Como nada acontece em , não houve troca de calor. Logo a parede é adiabática.
– A variação de estado de
– Se a parede fosse diatérmica, o aquecimento resultante em
– Como nada acontece em
Resposta
(a) adiabática
(b) diatérmica
(c) adiabática
(b) diatérmica
(c) adiabática