Exercícios Resolvidos de Sistema, Volume de Controle e Propriedades

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Enunciado

Imagine uma caixa fechada com paredes de material isolante térmico. Vamos supor também que essa caixa contém um gás recém aprisionado. Por mais que o gás contido na caixa e sua vizinhança tenham temperaturas diferentes entre si, nem calor, nem trabalho e nem massa conseguem cruzar a fronteira do sistema.

Ou seja, considerando apenas esse gás inerte (não reage em circunstãncias normais) como o nosso sistema de interesse, podemos chamá-lo de sistema isolado.

Nessas condições, é possível que as propriedades do sistema mudem com o tempo?

Passo 1

Falamos que a termodinâmica é a ciência que estuda os efeitos dos fluxos de trabalho, calor e massa (entre um sistema e sua vizinhança) sobre as propriedades de um sistema. Por isso, o enunciado coloca a gente pra pensar sobre a seguinte questão: existe a possibilidade das propriedades de um sistema isolado variarem, se ele não interage com o ambiente?

A resposta pode ser dada se pensarmos em duas possibilidades:

  1. Os valores de pressão e temperatura variam de ponto a ponto no gás.
  2. Os valores de pressão e temperatura são iguais para todos os pontos no gás.

Podemos discutir cada uma dessas duas hipóteses como uma etapa da nossa resposta.

Passo 2

Vamos imaginar primeiro, que os valores de pressão e temperatura variam de ponto a ponto no sistema.

Se existe uma diferença de temperatura entre dois pontos, sabemos que o ponto mais quente vai esfriar e o ponto mais frio vai esquentar, até essas temperaturas se igualarem.

Da mesma forma, se existe uma diferença de pressão entre dois pontos, sabemos que as molécular do ponto com maior pressão vão caminhar para o ponto de menor pressão, até as pressões se igualarem.

Ou seja, caso haja variação nas propriedades entre um ponto e outro, vai existir uma mudança desses valores, até eles se equilibrarem.

Por isso, mesmo com o sistema não interagindo com o ambiente, pode haver nas suas propriedades.

Passo 3

Agora vamos imaginar, que os valores de pressão e temperatura são iguais para todos os pontos do sistema.

Se esses valores são todos iguais, o sistema já está equilibrado internamente.

Se ele já está em equilíbrio, que tipo de mudança de propriedade pode ocorrer? Nenhuma!

Esse caso é bem parecido com um corpo em inércia. Se não existe força resultante sobre ele, como sua velocidade vai mudar?

Resposta

Sim, é possível que as propriedades internas do sistema mudem com o tempo. Porém, para isso acontecer, os pontos que formam o sistema precisam, inicialmente, ter os valores de suas propriedades diferentes entre si.

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