(IDECAN/IFPA, PROFESSOR DE FÍSICA, EDITAL 01/2025) Considere as seguintes situações envolvendo sistemas termodinâmicos: Uma amostra de gás ideal se expande livremente dentro de um recipiente isolado termicamente. Em outro experimento, uma máquina térmica real opera entre duas fontes térmicas e realiza trabalho. Já em um terceiro cenário, uma substância pura sofre fusão reversível a temperatura e pressão constantes. Com base nos princípios da Segunda Lei da Termodinâmica, é correto afirmar que:
(a) a entropia total diminui durante a fusão reversível, pois há absorção de calor.
(b) a entropia do universo permanece constante quando uma máquina térmica real opera entre duas fontes.
(c) todos os processos descritos ocorrem com entropia total constante, pois são termodinamicamente fechados.
(d) a entropia da substância fundida é menor que a do sólido inicial, pois ocorre reorganização das moléculas.
(e) a expansão livre do gás é um processo irreversível, com aumento da entropia total.
(a) a entropia total diminui durante a fusão reversível, pois há absorção de calor.
(b) a entropia do universo permanece constante quando uma máquina térmica real opera entre duas fontes.
(c) todos os processos descritos ocorrem com entropia total constante, pois são termodinamicamente fechados.
(d) a entropia da substância fundida é menor que a do sólido inicial, pois ocorre reorganização das moléculas.
(e) a expansão livre do gás é um processo irreversível, com aumento da entropia total.
Passo 1
O enunciado apresenta três cenários que envolvem a Segunda Lei da Termodinâmica e a variação de entropia do universo
:
• Uma expansão livre de um gás ideal em recipiente termicamente isolado (adiabático).
• Uma máquina térmica real operando entre duas fontes térmicas e realizando trabalho.
• A fusão reversível de uma substância pura a temperatura e pressão constantes.
Vamos determinar se cada processo é reversível ou irreversível e calcular o sinal de .
• Uma expansão livre de um gás ideal em recipiente termicamente isolado (adiabático).
• Uma máquina térmica real operando entre duas fontes térmicas e realizando trabalho.
• A fusão reversível de uma substância pura a temperatura e pressão constantes.
Vamos determinar se cada processo é reversível ou irreversível e calcular o sinal de
Passo 2
Na expansão livre o gás não troca calor
nem realiza trabalho útil (expande contra vácuo), e o processo é irreversível. Como o sistema está isolado,
e, por irreversibilidade,
. Logo,
Passo 3
Uma máquina térmica real sempre apresenta irreversibilidades internas (atrito, gradientes de temperatura, etc.). Na operação entre duas fontes térmicas há trocas de calor
e
, mas devido às irreversibilidades
Passo 4
Na fusão reversível a
e
constantes o sistema absorve calor
. A entropia do sistema varia
enquanto a do entorno varia
. Como o processo é reversível,
Passo 5
Comparando com as assertivas:
(a) Falsa, pois em fusão reversível , não diminui.
(b) Falsa, máquina real é irreversível, logo .
(c) Falsa, só a fusão reversível tem , os outros dois são irreversíveis.
(d) Falsa, no sistema a entropia aumenta na fusão e globalmente é constante.
(e) Verdadeira, a expansão livre é irreversível e causa aumento de entropia total.
(a) Falsa, pois em fusão reversível
(b) Falsa, máquina real é irreversível, logo
(c) Falsa, só a fusão reversível tem
(d) Falsa, no sistema a entropia aumenta na fusão
(e) Verdadeira, a expansão livre é irreversível e causa aumento de entropia total.
Resposta
(e)