Sejam dois sistemas isolados A e B conectados por uma parede adiabática. Agora considere que se trocou a parede adiabática por uma parede diatérmica. Suponha agora que A e B estão em equilíbrio térmico com um terceiro sistema C, mas separados por uma parede adiabática. O que ocorre se trocamos a parede adiabática por uma parede diatérmica no contato entre
e C ? Enuncie a lei da termodinâmica utilizada para justificar sua resposta.
Passo 1
O enunciado trata de três sistemas termodinâmicos
,
e
. Primeiro temos
e
isolados por uma parede adiabática; ao trocar por uma parede diatérmica, eles podem trocar calor. Depois, supõe-se que
e
estão em equilíbrio térmico com
(pela mesma razão de estarem à mesma temperatura de
), mas ainda separados por paredes adiabáticas. Vamos ver o que acontece se essas paredes adiabáticas forem substituídas por paredes diatérmicas. O conteúdo usado é a definição de equilíbrio térmico e a lei zero da termodinâmica.
Passo 2
Quando trocamos a parede adiabática entre
e
por uma parede diatérmica, passa a haver fluxo de calor
até que as temperaturas se igualem. Ou seja, inicialmente talvez
, mas após a troca de calor chega-se a
que é o estado de equilíbrio térmico entre eles.
Passo 3
No segundo cenário, sabe-se que
está em equilíbrio térmico com
e
também está em equilíbrio térmico com
. Isso significa
Daí decorre imediatamente que
Portanto, se agora substituirmos as paredes adiabáticas por paredes diatérmicas, não haverá fluxo de calor entre
e
, pois já estão à mesma temperatura.
Passo 4
A lei da termodinâmica que justifica a transitividade do equilíbrio térmico é a lei zero da termodinâmica, cujo enunciado clássico é:
“Se dois sistemas estão em equilíbrio térmico com um terceiro sistema, então estão em equilíbrio térmico entre si.”
“Se dois sistemas estão em equilíbrio térmico com um terceiro sistema, então estão em equilíbrio térmico entre si.”
Resposta
Não ocorre fluxo de calor entre
e
ao trocar as paredes adiabáticas por diatérmicas, pois já têm a mesma temperatura. A justificativa é a lei zero da termodinâmica.