O que são mudancas termodinâmicas em ‘condicães de equilíbrio’ e em ‘condicões fora do equilíbrio’?
Passo 1
O enunciado pede para diferenciarmos o que são “mudanças termodinâmicas em condições de equilíbrio” e “mudanças termodinâmicas em condições fora do equilíbrio”. O conteúdo aqui é termodinâmica clássica de processos reversíveis (quase-estáticos) versus irreversíveis. Para resolver, vamos precisar dos conceitos de variáveis de estado, processo reversível (ou quasi-estático) e irreversibilidade (entropia gerada).
Passo 2
Em condições de equilíbrio, o sistema permanece em cada instante infinitesimalmente próximo a um estado de equilíbrio termodinâmico:
- Todas as variáveis de estado (
, , , etc.) são uniformes no sistema. - O processo é quasi-estático e, portanto, reversível.
- A cada passo podemos definir um conjunto de variáveis de estado ligadas por equações de estado (por exemplo,
para gás ideal). - A variação de entropia em um processo reversível satisfaz
e não há produção de entropia interna.
Passo 3
Em condições fora do equilíbrio, ocorrem gradientes finitos de temperatura, pressão ou potencial químico, gerando fluxos e irreversibilidades:
- O sistema não passa por estados de equilíbrio global nem infinitesimais; há regiões com valores distintos de
, , etc. - Há dissipação interna (por exemplo, condução de calor finito, atrito, difusão), logo o processo é inerentemente irreversível.
- Não podemos usar diretamente as equações de estado globais para todo o sistema, mas, em geral, é preciso recorrer à hipótese de equilíbrio local para definir variáveis locais.
- A entropia total cresce, com produção interna positiva:
Passo 4
Comparando os dois casos:
- Em equilíbrio, processos são reversíveis, caminhos no espaço de estados são bem definidos e as funções de estado dependem só do ponto inicial e final.
- Fora do equilíbrio, o caminho importa, há geração de entropia interna e não existe descrição global por uma única equação de estado.
Resposta
Em “condições de equilíbrio”, as mudanças ocorrem de modo quasi-estático, reversível, sem gradientes internos e sem produção de entropia. Em “condições fora do equilíbrio”, o sistema apresenta gradientes finitos, processos são irreversíveis, há dissipação interna e geração positiva de entropia.