Defina estado em equilíbrio. Defina um processo quase-estático (ou quase-equilíbrio). Defina regime permanente.

Passo 1

O enunciado pede para definirmos três conceitos fundamentais em termodinâmica e em dinâmica de sistemas contínuos:
– Estado em equilíbrio
– Processo quase-estático (ou quase-equilíbrio)
– Regime permanente
Para isso, vamos recorrer aos critérios de uniformidade de variáveis de estado, à velocidade com que o sistema muda e ao comportamento das variáveis em função do tempo.

Passo 2

Estado em equilíbrio
Um sistema está em equilíbrio quando todas as suas variáveis macroscópicas de interesse (por exemplo pressão, temperatura, composições químicas e tensões) são uniformes no espaço e independentes do tempo, de modo que não ocorrem fluxos macroscópicos de massa, energia ou quantidade de movimento. Em outras palavras, para cada variável de estado \Psi vale
\frac{\partial \Psi}{\partial t}=0
e não há gradientes que gerem fenômenos de transporte.

Passo 3

Processo quase-estático (ou quase-equilíbrio)
É uma transformação em que o sistema passa por uma sucessão contínua de estados que são, a cada instante, arbitrariamente próximos de condições de equilíbrio. Para isso, a variação dos parâmetros externos acontece de modo tão lento que os gradientes internos permanecem desprezíveis. Assim, em cada passo infinitesimal do processo, o sistema pode ser tratado como se estivesse em equilíbrio.

Passo 4

Regime permanente
É a condição em que as variáveis de estado de um sistema aberto ou fechado não dependem explicitamente do tempo, embora possam haver fluxos constantes de massa ou energia atravessando-o. Matematicamente, para cada variável \Psi(t) sob regime permanente:
\frac{d\Psi}{dt}=0,
mas podem existir balanços contínuos (não nulos) de entrada e saída que se compensam.

Resposta

  1. Estado em equilíbrio: condição na qual todas as variáveis macroscópicas são uniformes no espaço e constantes no tempo, sem gradientes que provoquem fluxos de massa, energia ou quantidade de movimento.
  2. Processo quase-estático (ou quase-equilíbrio): transformação realizada tão lentamente que o sistema permanece, em cada instante, arbitrariamente próximo de um estado de equilíbrio, permitindo tratá-lo como se fosse sempre equilibrado.
  3. Regime permanente: situação em que as variáveis de estado não variam no tempo (derivadas temporais nulas), mesmo havendo fluxos constantes de massa ou energia que se equilibram mutuamente.

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