Classifique os seguintes processos de um sistema fechado como possível, impossível ou indeterminado.
Variação de entropia | Transferência de entropia | Geração de entropia | |
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i) |
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Passo 1
Beleza, vamos lá! O enunciado nos pede para classificar um processo em um sistema fechado como possível, impossível ou indeterminado, com base em três aspectos: variação de entropia, transferência de entropia e geração de entropia.
Conteúdo da matéria: Vamos trabalhar com a Termodinâmica, mais especificamente com a Segunda Lei da Termodinâmica e o conceito de entropia.
O que vamos precisar: Entender o que significa variação, transferência e geração de entropia, e como esses conceitos se relacionam para determinar a viabilidade de um processo.
Passo 2
Primeiro, vamos entender os termos:
-
Variação de Entropia (ΔS): É a mudança total de entropia do sistema. Se ΔS > 0, a entropia do sistema aumenta; se ΔS < 0, diminui.
-
Transferência de Entropia (ΔSe): É a entropia que entra ou sai do sistema devido a trocas com o ambiente, como calor ou matéria.
-
Geração de Entropia (σ): É a entropia criada dentro do sistema devido à irreversibilidades, como atrito ou dissipação de energia. Sempre é maior ou igual a zero (σ ≥ 0).
Passo 3
A Segunda Lei da Termodinâmica nos diz que, para qualquer processo em um sistema fechado:
Onde:
-
é a variação total de entropia. -
é a transferência de entropia. -
é a geração de entropia.
Essa equação relaciona como a entropia muda no sistema devido a trocas com o ambiente e a geração interna de entropia.
Passo 4
Vamos analisar o processo dado:
- Variação de Entropia (ΔS): > 0
- Transferência de Entropia (ΔSe): Informação não fornecida
- Geração de Entropia (σ): > 0
Substituindo esses valores na equação da Segunda Lei:
Sabemos que
e
, mas não temos informações sobre
.
Passo 5
Como
, isso significa que há geração de entropia dentro do sistema, indicando que o processo é irreversível. Além disso,
sugere que a entropia total do sistema aumentou.
Mesmo sem saber exatamente quanto entropia foi transferida (
), sabemos que a geração interna de entropia contribui para o aumento total da entropia.
Passo 6
De acordo com a Segunda Lei da Termodinâmica:
-
Processo Possível: Quando
. Isso inclui processos reversíveis (onde ) e irreversíveis (onde ). -
Processo Impossível: Quando
. -
Processo Indeterminado: Geralmente, quando não temos informações suficientes para determinar.
No nosso caso,
, o que está dentro dos critérios para um processo possível.
Resposta
O processo é possível.