17.20 O que é um sistema isolado? Este sistema pode, realmente, existir? Explique.
Passo 1
O enunciado nos pede para entender o que é um sistema isolado na termodinâmica e discutir se ele pode, de fato, existir. Vamos usar conceitos da teoria dos sistemas termodinâmicos e a Primeira Lei da Termodinâmica para definir um sistema isolado e analisar sua realizabilidade prática.
Passo 2
Um sistema isolado é aquele que não troca nem energia nem matéria com o meio exterior. Em termos da Primeira Lei da Termodinâmica, isso significa que toda variação de energia interna do sistema é zero, pois não entram nem saem calor nem trabalho:
Aqui
é o calor trocado e
o trabalho realizado pelo sistema sobre o meio ou vice-versa.
Passo 3
Na prática, não existe nenhuma barreira capaz de impedir totalmente todas as interações entre o sistema e o exterior. Mesmo paredes muito espessas deixam escapar calor por condução ou radiação, e não há material que impeça completamente campos gravitacionais ou eletromagnéticos. Logo, o isolamento perfeito é uma idealização. Contudo, podemos aproximar um sistema isolado com dispositivos como garrafas de Dewar ou câmaras de vácuo termicamente isoladas: esses arranjos minimizam trocas de calor e massa, mas nunca as anulam completamente.
Resposta
Um sistema isolado é aquele que não troca calor, trabalho nem matéria com o meio externo (
e
). Embora seja um modelo fundamental na termodinâmica, ele não existe de modo estritamente real — é uma idealização; na prática só se consegue aproximar esse conceito, nunca realizá-lo perfeitamente.