Classificar os processos:
Enchimento de um balão a uma taxa constante de fornecimento de ar ( 2 \mathrm{~g} / \mathrm{min} );

Passo 1

O enunciado pede para classificar o processo: “Enchimento de um balão a uma taxa constante de fornecimento de ar ( 2\\ \mathrm{g/min}).”
Informações fornecidas pelo enunciado: a taxa mássica de entrada de ar é \;2\\ \mathrm{g/min}.
Informações que não foram fornecidas: pressão interna do balão, variação de temperatura, se o enchimento é muito lento ou rápido (para decidir sobre quasi‑estático), e se há trocas de calor relevantes. Vou usar apenas o que foi dado e conceitos gerais para classificar o processo.

Passo 2

Vamos recordar definições úteis (explicadas de forma simples, passo a passo):
  • Sistema fechado vs sistema aberto:
    • Sistema fechado: não troca massa com o exterior (apenas energia).
    • Sistema aberto: troca massa com o exterior.
      Exemplo simples: uma garrafa lacrada é um sistema fechado; uma tubulação com fluxo é um sistema aberto.
  • Estado estacionário (steady state) vs transiente (não estacionário):
    • Estado estacionário: as propriedades macroscópicas do sistema (massa, pressão, temperatura, vazão, etc.) não variam com o tempo.
    • Transiente: pelo menos uma propriedade varia com o tempo.
      Exemplo: uma torneira aberta fornecendo fluxo constante para um recipiente vazio provoca variação da massa no recipiente → transiente.
  • Vazão mássica e relação com massa:
    • A vazão mássica é a taxa de variação da massa com o tempo, definida por \dot m = \dfrac{dm}{dt}.
    • Se \dot m é constante, então a massa cresce linearmente com o tempo: \;m(t)=m(0)+\dot m\;t.
  • Processo reversível vs irreversível:
    • Reversível: idealização onde o sistema passa por estados de equilíbrio infinitesimais e não há dissipação (atrito, turbulência, perda de energia).
    • Irreversível: processo real com dissipação, gradientes finitos, mistura, fricção.
      Exemplo: compressão infinitesimalmente lenta seria quase reversível; encher um balão com ar real envolve perdas e costuma ser irreversível.
  • Processo quasi‑estático: é aquele que ocorre tão lentamente que o sistema permanece praticamente em equilíbrio interno durante todo o processo. É uma aproximação ideal.

Passo 3

Aplicando a definição de vazão mássica ao enunciado: a taxa constante de fornecimento de ar é
\dot m=\frac{dm}{dt}=2\\ \mathrm{g/min}.
Integramos para ver como a massa dentro do balão varia no tempo:
m(t)=m(0)+\int_{0}^{t}\dot m\,dt=m(0)+2\,t\quad\text{(com \(t\) em minutos e \(m\) em gramas).}
Isso mostra que a massa dentro do balão depende explicitamente do tempo (cresce linearmente). Portanto há variação temporal de uma propriedade macroscópica.

Passo 4

Com base no passo anterior, concluímos sobre estacionariedade:
  • Como \;m(t) varia com o tempo, as propriedades do sistema (pelo menos a massa e, em consequência, o volume) mudam com o tempo. Logo o processo é um processo transiente (não estacionário), e não um processo em regime permanente (steady state).

Passo 5

Sobre ser sistema aberto ou fechado:
  • Há entrada de massa (ar) no balão. Isso caracteriza um sistema aberto (controle de massa atravessa a fronteira do sistema). Portanto, o enchimento do balão é um processo de sistema aberto.

Passo 6

Sobre reversibilidade e quasi‑estaticidade:
  • Reversibilidade: na prática, o enchimento envolve escoamento do ar (possível turbulência ou viscosidade), deformação elástica do material do balão (histerese/atrito interno do polímero) e dissipação de energia. Assim, na maioria dos casos reais o processo é irreversível. Posso afirmar que é praticamente irreversível.
  • Quasi‑estático: depende da rapidez relativa entre a vazão e o tempo de relaxação mecânico/termodinâmico do balão. Como o enunciado não diz que o enchimento é infinitamente lento, não podemos garantir que seja quasi‑estático. Logo, não podemos afirmar com certeza que é quasi‑estático; provavelmente não é, a menos que o enchimento seja muito mais lento que os tempos de relaxação.

Passo 7

Resumo didático e intuitivo (para você usar na prova):
  • Identifique se há troca de massa: sim → sistema aberto.
  • Verifique se as propriedades mudam no tempo: a vazão mássica constante implica m(t)=m(0)+\dot m t → varia com t → processo transiente (não estacionário).
  • Reversibilidade: processo real de enchimento é irreversível (dissipação).
  • Quasi‑estático: só se for preenchido muito lentamente; sem essa informação não se assume.

Resposta

Sistema aberto; processo transiente (não estacionário) com vazão mássica constante \dot m=2\\ \mathrm{g/min}; em geral irreversível; quasi‑estático somente se o enchimento for infinitamente lento (não garantido).

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