Questão 4 - Expliquem, com suas palavras, o significado dos seguintes termos:
Processo internamente reversível;
Processo internamente reversível;
Passo 1
O enunciado pede que eu explique, com minhas palavras, o significado do termo: “Processo internamente reversível”. Informações dadas: só há esse pedido de definição / explicação. Não há dados numéricos nem figura; a tarefa é conceitual.
Passo 2
Vamos começar com uma definição direta e informal: um processo é internamente reversível quando, dentro do próprio sistema que estamos observando, não ocorrem mecanismos dissipativos que produzam entropia. Em outras palavras, durante o processo o interior do sistema evolui sempre por estados em equilíbrio (ou quase equilíbrio) e não há atrito, mistura irreversível, gradientes internos de temperatura ou outras causas que gerem irreversibilidade dentro do sistema.
Agora explico isso de forma um pouco mais técnica, mas ainda simples. Para um sistema fechado, a variação de entropia do sistema pode ser escrita como
onde:
-
é a mudança de entropia do sistema; -
é a quantidade elementar de calor que cruza a fronteira do sistema (transferência de calor); -
é a temperatura na fronteira por onde o calor entra ou sai; -
é a entropia gerada internamente no processo (sempre segundo a segunda lei).
Um processo internamente reversível é exatamente aquele em que
Isso significa que toda a mudança de entropia do sistema vem apenas da transferência de calor com a fronteira, não de fontes internas dissipativas.
Passo 3
Quais são as “coisas” que causam
dentro do sistema? Exemplos claros:
- atrito interno (viscosidade, atrito entre pistão e cilindro);
- condução de calor dentro do sistema devido a gradientes de temperatura internos;
- mistura irreversível (por exemplo, quem solta um gás em outro sem difusão reversível);
- reações químicas espontâneas irreversíveis.
Se nenhuma dessas coisas ocorre (ou seja, são todas suprimidas), então dentro do sistema não há geração de entropia e o processo é internamente reversível.
Passo 4
Importante distinguir “internamente reversível” de “totalmente (ou simplesmente) reversível”. Um processo totalmente reversível é reversível tanto dentro do sistema quanto nas interações com o ambiente. Mas um processo pode ser internamente reversível e ainda assim causar irreversibilidade externa. Exemplos:
- imagine o sistema com temperatura uniforme
e que o processo interno é feito sem atrito — internamente tudo bem. Mas se ele troca calor com um reservatório a uma temperatura diferente de (mesmo que pequena), houve transferência de calor com diferença de temperatura e isso gera entropia no reservatório — essa é uma irreversibilidade externa. Assim o processo é internamente reversível ( ) mas não globalmente reversível. - por contraste, uma expansão livre de gás para vácuo gera entropia dentro do sistema e, portanto, é internamente irreversível.
Passo 5
Um exemplo passo a passo para fixar:
- Casos favoráveis (internamente reversível): comprimir lentamente um gás com um pistão sem atrito, com o gás mantendo temperatura praticamente uniforme durante o processo (por exemplo, mantendo-se em equilíbrio interno). Aqui não há dissipação interna e
. - Casos desfavoráveis (internamente irreversível): comprimir o gás rapidamente com atrito no pistão ou com fortes gradientes de temperatura dentro do gás. A energia dissipada vira calor distribuído de forma não reversível, causando
.
Passo 6
Dica prática para prova: se te pedirem para decidir se um processo é internamente reversível, pergunte (na sua cabeça) se houve algum mecanismo dissipativo dentro do sistema. Uma forma direta é calcular (ou raciocinar sobre) a entropia gerada dentro. Se conseguir justificar que
dentro do sistema, então diga que é internamente reversível; caso contrário, diga que não é.
Passo 7
Resumo sucinto que você pode usar como resposta escrita na prova (estilo objetivo e completo): processo internamente reversível = evolução interna sem geração de entropia (
); requer ausência de atrito, mistura irreversível, gradientes internos de temperatura e outros mecanismos dissipativos; não implica necessariamente reversibilidade em relação ao ambiente.
Resposta
Processo internamente reversível: é um processo no qual não ocorrem irreversibilidades dentro do próprio sistema, ou seja, não há geração interna de entropia (
); internamente o sistema evolui por estados de equilíbrio (ou quase equilíbrios) sem atrito, sem mistura irreversível, sem gradientes internos dissipativos, embora possa ainda haver irreversibilidades na interação com o ambiente.