Qual das descrições abaixo caracteriza
um processo reversível?
a) Todo o calor fornecido ao sistema é Convertido em trabalho durante o processo.
b) A entropia do sistema não aumenta durante 0 processo.
c) A temperatura inicial e a temperatura final do processo såo iguais.
d) A entropia do sistema diminui durante o processo.
e) Tanto a descrição (b) como a descrição (c) caracterizam um processo reversível.
um processo reversível?
a) Todo o calor fornecido ao sistema é Convertido em trabalho durante o processo.
b) A entropia do sistema não aumenta durante 0 processo.
c) A temperatura inicial e a temperatura final do processo såo iguais.
d) A entropia do sistema diminui durante o processo.
e) Tanto a descrição (b) como a descrição (c) caracterizam um processo reversível.
Passo 1
O enunciado pergunta: “Qual das descrições abaixo caracteriza um processo reversível?” e dá as alternativas:
a) Todo o calor fornecido ao sistema é convertido em trabalho durante o processo.
b) A entropia do sistema não aumenta durante o processo.
c) A temperatura inicial e a temperatura final do processo são iguais.
d) A entropia do sistema diminui durante o processo.
e) Tanto a descrição (b) como a descrição (c) caracterizam um processo reversível.
a) Todo o calor fornecido ao sistema é convertido em trabalho durante o processo.
b) A entropia do sistema não aumenta durante o processo.
c) A temperatura inicial e a temperatura final do processo são iguais.
d) A entropia do sistema diminui durante o processo.
e) Tanto a descrição (b) como a descrição (c) caracterizam um processo reversível.
Informações relevantes fornecidas pelo enunciado: são cinco afirmações sobre propriedades de um processo reversível, e precisa-se identificar qual delas caracteriza corretamente um processo reversível (exatamente uma alternativa correta, segundo a instrução).
Passo 2
O que significa “processo reversível” (a parte conceitual que precisamos entender para avaliar as alternativas).
- Um processo reversível é aquele que pode ser executado no sentido direto e em seguida no sentido inverso, deixando o sistema e também as vizinhanças/exterior exatamente como estavam originalmente: não há mudança líquida no universo após a ida e volta.
- Em termos de entropia, para um processo reversível vale
onde
.
- Para processos irreversíveis,
(segunda lei). - Além disso, para que um processo seja reversível ele precisa ser quasi-estático (passar por estados de equilíbrio infinitesimalmente próximos) e não deve haver dissipação (atrito, gradientes finitos, perdas viscosas, etc.). Esse é o critério físico fundamental; muitas afirmações que confundem “isotérmico” ou “adiabático” com “reversível” são incorretas.
Passo 3
Analisando a alternativa (b): “A entropia do sistema não aumenta durante o processo.”
- Matemática/definição relevante: a variação de entropia do sistema em um processo reversível que troca calor reversivelmente é
- Importante:
pode ser positiva, negativa ou nula dependendo da direção e do sinal do calor trocado. O que é garantido para um processo reversível é que , ou seja, a soma ; mas isso não impõe que não aumente. - Exemplo concreto e simples (para fixar): um gás ideal que passa por uma expansão isotérmica reversível absorve calor
e
que é positivo se
. Esse é um processo reversível e a entropia do sistema aumentou.
- Conclusão: a afirmação (b) é falsa porque um processo reversível não implica necessariamente que a entropia do sistema “não aumente”; ela pode aumentar, diminuir ou ficar igual, desde que a entropia do universo seja zero.
Passo 4
Analisando a alternativa (c): “A temperatura inicial e a temperatura final do processo são iguais.”
- Ter temperaturas inicial e final iguais caracteriza um processo isoterma (ou simplesmente um processo cujo estado inicial e final têm mesma temperatura). Mas reversibilidade não exige que a temperatura inicial e final sejam iguais — por exemplo, um processo adiabático reversível (sem troca de calor) altera a temperatura do sistema.
- Exemplo: compressão adiabática reversível de um gás ideal eleva
(logo ), e ainda assim o processo pode ser reversível. - Conclusão: (c) é falsa; temperatura inicial igual à final não é condição necessária nem suficiente para reversibilidade.
Passo 5
Analisando a alternativa (a): “Todo o calor fornecido ao sistema é convertido em trabalho durante o processo.”
- Pela primeira lei da termodinâmica:
onde
é o calor fornecido ao sistema e
o trabalho realizado pelo sistema (sinalagem conforme convenção). Dizer que “todo o calor é convertido em trabalho” seria afirmar
e
para o processo considerado. Isso é uma afirmação forte e não é uma característica geral de processos reversíveis.
- Além disso, a segunda lei impede que se converta integralmente calor em trabalho em um ciclo sem deixar efeitos no entorno (é preciso um reservatório frio para rejeitar calor num motor térmico — rendimento < 1, salvo processos triviais não cíclicos). Reversibilidade não garante conversão completa de calor em trabalho para qualquer processo.
- Conclusão: (a) é falsa.
Passo 6
Analisando a alternativa (d): “A entropia do sistema diminui durante o processo.”
- Assim como para (b), isso é uma afirmação sobre o sinal de
. Um processo reversível pode ter (por exemplo, compressão isotérmica reversível onde o sistema libera calor e perde entropia), (expansão isotérmica reversível), ou (adiabático reversível). Logo não há garantia de que a entropia do sistema diminua em geral. - Conclusão: (d) é falsa.
Passo 7
Analisando a alternativa (e): “Tanto a descrição (b) como a descrição (c) caracterizam um processo reversível.”
- Já mostramos (b) é falsa e (c) é falsa; portanto a conjunção também é falsa.
Passo 8
Resumo lógico final: nenhuma das alternativas (a)–(e) está correta como uma caracterização geral e correta de um processo reversível. A característica correta e geral de um processo reversível é que a variação total de entropia do universo é zero,
e que o processo é quasi-estático e sem dissipação. Nenhuma das alternativas fornecidas expressa isso corretamente.
Resposta
Nenhuma das alternativas (nenhuma está correta).