Exercícios Resolvidos de Variação da Entropia e Segunda Lei da Termodinâmica

UFRJ – 1ª Prova – 2014.1

Considere as seguintes afirmativas:

I )   A variação da entropia de um sistema não depende da reversibilidade do processo termodinâmico mas a variação do conjunto sistema + vizinhança depende.

I I )   A variação da entropia de um sistema durante um processo reversível é oposta à variação da entropia da vizinhança. No entanto, durante um processo irreversível, um aumento da entropia do sistema é superior, em amplitude, à diminuição da entropia da vizinhança.

I I I )   O desequilíbrio entre a variação da entropia de um sistema e de sua vizinhança durante um processo irreversível é devido a uma dissipação de energia que não pode mais ser usada para efetuar um trabalho. Não havendo dissipação durante um processo reversível, ele não resulta em um aumento da entropia do universo.

São verdadeiras:

a   Apenas I .

b   Apenas I I .

c   Apenas I I I .

d   Apenas I e I I .

e   Apenas I I e I I I .

f   Apenas I e I I I .

g   Todas.

h   Nenhuma.

Passo 1

Vamos analisar cada uma das afirmativas.

Afirmativa I :

Primeira parte: “A variação da entropia de um sistema não depende da reversibilidade do processo termodinâmico”.

É verdade, pois a entropia é uma função de estado e não depende do caminho. Então, a variação de entropia entre dois estados é a mesma para qualquer processo entre esses dois estados, podendo ser reversível ou irreversível.

Segunda parte: “mas a variação do conjunto sistema + vizinhança depende”.

Sabemos que a variação de entropia do conjunto sistema + vizinhança (universo) revela se o processo é reversível ou irreversível, isto é:

Δ S u n i v e r s o > 0 processo irreversível

Δ S u n i v e r s o = 0 processo reversível

Então, a variação do conjunto sistema + vizinhança realmente depende se o processo é reversível ou irreversível.

Logo, afirmativa I é verdadeira.

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Passo 2

Afirmativa I I :

Primeira parte: “A variação da entropia de um sistema durante um processo reversível é oposta à variação da entropia da vizinhança”.

Verdadeiro, pois sabemos que a variação de entropia total (ou do universo) é zero em processos reversíveis.

Logo:

Δ S u n i v e r s o = Δ S s i s t e m a + Δ S v i z i n h a n ç a

Se Δ S u n i v e r s o = 0 :

Δ S s i s t e m a = - Δ S v i z i n h a n ç a

Segunda parte: “No entanto, durante um processo irreversível, um aumento da entropia do sistema é superior, em amplitude, à diminuição da entropia da vizinhança”.

Também é verdade.

Em processos irreversíveis:

Δ S u n i v e r s o > 0

Logo:

Δ S s i s t e m a + Δ S v i z i n h a n ç a > 0

Se Δ S v i z < 0 (diminuição de entropia da vizinhança), então Δ S s i s t tem que ser maior, em módulo (amplitude), para que a soma seja maior que zero!

Afirmativa I I verdadeira.

Passo 3

Afirmativa I I I :

Primeira parte: “O desequilíbrio entre a variação da entropia de um sistema e de sua vizinhança durante um processo irreversível é devido a uma dissipação de energia que não pode mais ser usada para efetuar um trabalho”.

Um processo irreversível é caracterizado por uma perda de energia em forma de calor.

Essa “perda” significa que a energia não pode ser aproveitada, isto é, não pode ser transformada em energia útil, como trabalho.

Portanto, a afirmativa está correta.

Segunda parte: “Não havendo dissipação durante um processo reversível, ele não resulta em um aumento da entropia do universo”.

A variação da entropia do universo ser zero caracteriza processos reversíveis:

Δ S u n i v e r s o = 0 processo reversível.

Correto.

Então, a afirmativa I I I também está correta.

Logo, todas são verdadeiras!

Resposta

Alternativa ( g ) .

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