Questão 1

Ainda não respondida Vale 10,0 ponto(s).
Aponte a alternativa incorreta:
Escolha uma opção:
a. Um sistema em equilíbrio termodinâmico não precisa estar em equilíbrio térmico ◯ com sua vizinhança
b. Um sistema está em equilíbrio termodinâmico quando não são observadas variações macroscópicas no mesmo.
c. Dois sistemas se encontram em equilíbrio térmico quando apresentam a mesma ◯ temperatura.
d. Dois sistemas distintos que estejam em equilíbrio térmico com um terceiro
◯ sistema estarão também em equilíbrio térmico um com o outro.

Passo 1

O enunciado pede: “Aponte a alternativa incorreta”. As alternativas são (transcrevo o texto tal qual recebido):
a. Um sistema em equilíbrio termodinâmico não precisa estar em equilíbrio térmico \! com sua vizinhança
b. Um sistema está em equilíbrio termodinâmico quando não são observadas variações macroscópicas no mesmo.
c. Dois sistemas se encontram em equilíbrio térmico quando apresentam a mesma \! temperatura.
d. Dois sistemas distintos que estejam em equilíbrio térmico com um terceiro \! sistema estarão também em equilíbrio térmico um com o outro.
Resumo do que foi dado: quatro afirmações sobre tipos de equilíbrio (termodinâmico e térmico). A tarefa é identificar qual dessas afirmações é incorreta.

Passo 2

Primeiro vamos entender, de forma bem direta e prática, o que significa “equilíbrio termodinâmico” (sem pular etapas). Um sistema está em equilíbrio termodinâmico quando, ao observá-lo macroscopicamente, suas grandezas observáveis (por exemplo pressão P, temperatura T, composição química, volume V, etc.) não apresentam variação no tempo e não há fluxos macroscópicos (de calor, de trabalho ou de matéria) que alterem essas grandezas. Em outras palavras: nada muda macroscopicamente com o passar do tempo. Isso reúne três condições típicas:
  • equilíbrio térmico: não há fluxo de calor (temperatura uniformizada onde necessário);
  • equilíbrio mecânico: não há trabalho de pressão resultando em mudança (pressões equilibradas);
  • equilíbrio químico: não há reações químicas que alterem a composição macroscópica.
    Se alguma dessas condições internas falha, o sistema evolui e não está em equilíbrio termodinâmico.

Passo 3

Agora interpreto a alternativa (a) com cuidado: ela afirma que “Um sistema em equilíbrio termodinâmico não precisa estar em equilíbrio térmico com sua vizinhança.” Vamos testar essa afirmação com raciocínio físico simples e um exemplo: se um sistema que pode trocar calor com sua vizinhança tiver temperatura diferente da vizinhança, haverá fluxo de calor entre eles; esse fluxo modifica as temperaturas (ou outras grandezas) até que algo mude — logo, enquanto existir esse fluxo o sistema não está em equilíbrio termodinâmico estacionário. Portanto, para um sistema que interage termicamente com a vizinhança, estar em equilíbrio termodinâmico implica estar em equilíbrio térmico (mesma temperatura efetiva, sem fluxo de calor). Assim, a frase genérica da alternativa (a) é enganosa/incorrecta: em geral, se o sistema está em equilíbrio termodinâmico e pode trocar calor, então ele precisa estar em equilíbrio térmico com a vizinhança; caso contrário haveria transferência de calor e haveria mudança macroscópica.
Observação de nuance (importante para prova): se o sistema for perfeitamente isolado termicamente (ou seja, não troca calor com a vizinhança), então a condição “com a vizinhança” é irrelevante — o sistema pode estar em equilíbrio termodinâmico sem que exista qualquer relação térmica com o exterior. Mas a alternativa (a) afirma de modo absoluto que não precisa estar em equilíbrio térmico com a vizinhança; essa generalização é falsa quando o sistema pode efetivamente trocar calor com a vizinhança. Por isso (a) é, no enunciado típico, a alternativa incorreta.

Passo 4

Verifico a alternativa (b): “Um sistema está em equilíbrio termodinâmico quando não são observadas variações macroscópicas no mesmo.” Essa é a definição direta e correta — equilíbrio termodinâmico é exatamente a ausência de variação macroscópica no tempo (ou seja, propriedades termodinâmicas constantes no tempo e ausência de fluxos macroscópicos). Então (b) é correta.

Passo 5

Verifico a alternativa (c): “Dois sistemas se encontram em equilíbrio térmico quando apresentam a mesma temperatura.” Essa também é a definição padrão: dois corpos estão em equilíbrio térmico entre si se, estando em contato térmico, não há transferência líquida de calor entre eles; isso coincide com terem a mesma temperatura T. Portanto (c) é correta.

Passo 6

Verifico a alternativa (d): “Dois sistemas distintos que estejam em equilíbrio térmico com um terceiro sistema estarão também em equilíbrio térmico um com o outro.” Isso é a formulação do princípio zero da termodinâmica (lei zero): a relação “estar em equilíbrio térmico com” é transitiva. Assim, se A está em equilíbrio térmico com C e B também está em equilíbrio térmico com C, então A e B estão em equilíbrio térmico entre si — em termos práticos, possuem a mesma temperatura. Portanto (d) é correta.

Passo 7

Conclusão: as alternativas (b), (c) e (d) estão corretas. A alternativa (a), que diz de forma absoluta que um sistema em equilíbrio termodinâmico “não precisa” estar em equilíbrio térmico com sua vizinhança, é incorreta na interpretação usual quando há possibilidade de troca de calor (a menos que se fale de um sistema isolado, o que a alternativa não explicitou). Como a afirmação é generalizada e contrária à definição prática de equilíbrio termodinâmico em presença de interação térmica, esta é a alternativa incorreta que o enunciado pede.

Resposta

a.

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