No que consiste o trabalho de expansão reversivel e irreversilve?

Passo 1

O enunciado pede para explicar o que é o trabalho de expansão reversível e o de expansão irreversível. Esse tema faz parte de termodinâmica e envolve a definição de trabalho de pressão–volume, além da ideia de processo em equilíbrio (reversível) ou fora de equilíbrio (irreversível).

Passo 2

No caso de uma expansão reversível, o sistema se mantém em equilíbrio interno a cada instante: a pressão interna p_{\text{int}} difere infinitesimalmente da pressão externa. O trabalho de expansão é dado por
w_{\text{rev}} = -\int_{V_{1}}^{V_{2}} p_{\text{int}}\,dV.
Para um gás ideal em transformação isotérmica a temperatura T, usa-se p_{\text{int}}=nRT/V, resultando em
w_{\text{rev}} = -nRT\int_{V_{1}}^{V_{2}} \frac{dV}{V} = -nRT\ln\!\bigl(\tfrac{V_{2}}{V_{1}}\bigr).

Passo 3

Na expansão irreversível, o sistema não está em equilíbrio interno durante a maior parte do processo. Muitas vezes consideramos uma pressão externa constante p_{\text{ext}} contra a qual o gás expande. O trabalho então é
w_{\text{irrev}} = -\int_{V_{1}}^{V_{2}} p_{\text{ext}}\,dV = -p_{\text{ext}}\,(V_{2}-V_{1}).
Aqui p_{\text{ext}} pode ser menor que a pressão interna média, e o processo envolve dissipação (por exemplo, turbulência ou atrito interno).

Passo 4

Comparando os dois casos, nota-se que em geral
\bigl|w_{\text{rev}}\bigr| \ge \bigl|w_{\text{irrev}}\bigr|
ou seja, o trabalho extraído (em valor absoluto) é máximo no processo reversível, pois qualquer irreversibilidade reduz a energia útil convertida em trabalho.

Resposta

Expansão reversível: é aquela feita infinitesimalmente próxima ao equilíbrio interno, calculada por
w_{\text{rev}}=-\int_{V_{1}}^{V_{2}}p_{\text{int}}\,dV\,,
por exemplo, num gás ideal isotérmico
w_{\text{rev}}=-nRT\ln\!\bigl(\tfrac{V_{2}}{V_{1}}\bigr).
Expansão irreversível: ocorre fora do equilíbrio interno, frequentemente contra pressão externa constante, e o trabalho é
w_{\text{irrev}}=-p_{\text{ext}}\,(V_{2}-V_{1})\,.
Em valor absoluto, o trabalho reversível é sempre maior ou igual ao irreversível.

Exercícios relacionados