f) A variação de entropia pode exibir valores negativos? Positivos? Nulos? Explique.
Passo 1
O enunciado pergunta sobre os possíveis sinais da variação de entropia
em um processo termodinâmico: se ela pode ser negativa, positiva ou nula. O conteúdo é termodinâmica, mais especificamente a definição de entropia e a segunda lei da termodinâmica. Para resolver, vamos usar a expressão da variação de entropia em função do calor reversível trocado e o enunciado da segunda lei.
Passo 2
A definição geral da variação de entropia de um sistema entre dois estados 1 e 2 é
onde
é o calor infinitesimal trocado em um processo reversível e
a temperatura (em Kelvin). Além disso, a segunda lei diz que, para o universo isolado,
Passo 3
Para o sistema isoladamente, se ele recebe calor reversível
, então o integrando
é positivo em cada estágio, o que faz
. Logo, processos onde há absorção líquida de calor (por exemplo, aquecimento reversível) produzem
.
Passo 4
Analogamente, se o sistema libera calor reversível
, então
e, ao longo da integração, teremos
. Isso ocorre em processos onde o sistema cede calor ao meio (por exemplo, resfriamento reversível).
Passo 5
Por fim, se não há troca de calor reversível líquida — por exemplo, em um processo adiabático reversível — então
em cada ponto, implicando
Note que em um processo adiabático irreversível ainda se gera entropia interna (atrito, viscosidade etc.), fazendo
, mas aqui falamos do valor exato dado pela integral reversível.
Resposta
A variação de entropia de um sistema pode ser positiva (quando absorve calor reversível), negativa (quando libera calor reversível) ou nula (em um processo adiabático reversível).