Classificar os processos:
Aquecimento de água para preparo de café.

Passo 1

O enunciado pede: “Classificar o processo: Aquecimento de água para preparo de café.”
Informações úteis que o enunciado fornece (implícitas pelo enunciado): a água é aquecida por uma fonte de calor até uma temperatura própria para preparar café; isso normalmente ocorre em pressão ambiente (pressão atmosférica) e sem reagentes químicos sendo transformados. Não há figura ou tabela; trabalhando com o enunciado textual apenas.
Pergunta final que vamos responder: em que categorias esse processo se encaixa (por exemplo: mudança física ou química; sistema aberto/fechado/isolado; tipo de processo térmico — isobárico/adiabático/isotérmico/isochorico; reversível ou irreversível; existência de troca de calor/trabalho; comportamento da entropia, etc.).

Passo 2

Vou listar e explicar, de forma clara e simples, as categorias que normalmente se usam para “classificar um processo” em termodinâmica/ciência dos materiais. Isso é uma mini-aula para você saber o que checar numa prova.
  • O que é mudança física vs. mudança química?
    Mudança física: a composição química das substâncias não muda — só mudam propriedades como temperatura, estado físico, volume.
    Mudança química: formam-se novas substâncias por reação química (novas ligações).
  • Sistema aberto / fechado / isolado (definições):
    Sistema aberto: troca massa e energia com o ambiente.
    Sistema fechado: troca energia (calor/trabalho) mas não troca massa.
    Sistema isolado: não troca nem massa nem energia com o ambiente.
    Essas definições dizem respeito às fronteiras que você escolhe para o problema.
  • Tipos de processo termodinâmico comuns:
    Isotérmico: temperatura constante ( T= constante).
    Isobárico: pressão constante ( P= constante).
    Isocórico: volume constante ( V= constante).
    Adiabático: sem troca de calor com o ambiente ( Q=0).
    Em muitos problemas práticos, um processo pode ser aproximadamente isobárico, isocórico, etc.; é importante justificar a aproximação.
  • Reversível vs. irreversível:
    Reversível: processo ideal que pode ser revertido sem deixar mudanças no universo; exige equilíbrios infinitesimais (quase-estático) e ausência de gradientes dissipativos (atípico na prática).
    Irreversível: todo processo real com gradientes finitos, fricção, dissipação, transferência finita de calor — não pode ser revertido sem alterar o ambiente.
  • Trocas de energia: calor ( Q) e trabalho ( W).
    Em líquidos, o trabalho de expansão P\,dV costuma ser pequeno, mas pode existir se houver variação de volume significativa (ex.: fervura). Em aquecimento simples, a energia fornecida é principalmente na forma de calor.
  • Entropia ( S): para processo irreversível num sistema isolado, a entropia total do universo aumenta ( \Delta S_{\text{universo}}>0). Dentro do sistema, \Delta S=\int \frac{\delta Q_\text{rev}}{T} para um caminho reversível; para o caminho real irreversível, a entropia do sistema aumenta mais do que a integral de \delta Q/T se houver produção interna.
Essas definições são as ferramentas que vamos usar para classificar o aquecimento da água.

Passo 3

Aplicando o primeiro critério: mudança física vs. química.
Quando aquecemos água para fazer café não ocorre reação química transformando H2O em outra substância — a molécula permanece água, mesmo que parte evapore. Logo, é uma mudança física. (Se houvesse decomposição térmica a altíssimas temperaturas, aí seria químico; não é o caso.)

Passo 4

Escolhendo o sistema e classificando open/closed/isolated.
  • Caso padrão (cafeteira/ chaleira/ panela aberta): assumimos que não há entrada de novas substâncias nem remoção intencional de massa, exceto que pode haver evaporação de água durante o aquecimento. Se você ignorar a pequena perda por vapor, o sistema pode ser tratado como um sistema fechado (troca de energia, não de massa).
  • Se a água ferve fortemente e vapor sai livremente, então há troca de massa com o ambiente → sistema aberto.
    Na prova, deixe claro qual hipótese você toma. A hipótese mais conveniente e usual: “sistema fechado (sem troca de massa significativa)”. Vou adotar essa hipótese e explicar a alternativa.

Passo 5

Tipo de processo térmico: isobárico / isocórico / isotérmico / adiabático?
  • Na preparação de café em chaleira / panela aberta, a pressão é praticamente a pressão atmosférica e permanece próxima de P_{\text{atm}} durante o aquecimento. Assim, o aquecimento ocorre aproximadamente a pressão constante → processo aproximadamente isobárico.
  • Não é isotérmico (a temperatura muda, pois aquecemos).
  • Não é adiabático (há transferência de calor do fogão/resistência elétr./fonte para a água), portanto Q\neq0.
  • Isocórico? Só se a água estivesse em recipiente rígido e fechado sem permitir variação de volume; isso não é o caso normal.
    Portanto: aproximamos como isobárico com fornecimento de calor.
Observação prática: o líquido tem volume praticamente constante, mas o sistema global (contendo vapor) pode mudar volume; para a maioria dos problemas didáticos consideramos isobárico.

Passo 6

Trocas de calor e trabalho: quais existem aqui?
  • Energia entra como calor ( Q>0) do fogão/resistência para a água.
  • Trabalho de expansão W=P\,\Delta V é pequeno enquanto a água está líquida porque \Delta V do líquido é pequeno; se houver ebulição e formação de vapor livre, existe trabalho associado à expansão do vapor contra P_{\text{atm}}.
  • Portanto: principal forma de energia transferida é calor; trabalho mecânico é desprezível até a ebulição forte.

Passo 7

Reversibilidade / irreversibilidade e entropia.
  • Transferência de calor entre corpo quente (fonte) e água fria envolve um gradiente de temperatura finito. Transferências com gradiente finito são processos irreversíveis.
  • Há dissipação e produção interna de entropia (p.ex. ao misturar camadas, convecção, fricção interna). Então o processo é irreversível na prática.
  • Consequência: a entropia do sistema (água) aumenta enquanto você aquece a água; a entropia total do universo aumenta ( \Delta S_{\text{universo}}>0).

Passo 8

Casos especiais a mencionar para a prova (como “pegar pontinho extra”):
  • Se o aquecimento for idealizado infinitesimalmente lento, trocando calor com uma fonte cuja temperatura é sempre muito próxima da temperatura da água, o processo seria quase-reversível (quase-ideal). Mas isso é uma idealização impraticável para preparar café — na prova, a resposta correta prática é irreversível.
  • Se você aquecer a água num recipiente perfeitamente isolado (sem perda de calor) e sem contato com o ambiente, seria adiabático; mas preparar café normalmente não é adiabático.

Passo 9

Resumo consolidado (antes da resposta final): comumente, ao classificar um processo parecido com “aquecer água para café” você deve afirmar: mudança física; processo não adiabático; aproximadamente isobárico; troca de calor Q>0; trabalho de expansão desprezível (a menos que ferva); sistema geralmente tratado como fechado (ou aberto, se houver perda significativa de vapor); processo irreversível; entropia do sistema aumenta.

Resposta

Mudança física; processo irreversível; sistema tipicamente tratado como fechado (se desprezarmos perda de vapor) ou aberto (se houver evaporação significativa); aquecimento com troca de calor ( Q>0), não adiabático; aproximadamente isobárico; trabalho de expansão desprezível enquanto não ferve.

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