Exercícios Resolvidos de Estados, Processos e Propriedades Intensivas e Extensivas

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Enunciado

Considere a lista formada por: P , F → , V , ρ , T , a → , m , t , v → . Separe os componentes da lista em três grupos. O primeiro deve ser formado pelas propriedades termodinâmicas intensivas, o segundo pelas propriedades termodinâmicas extensivas e o terceiro grupo formado pelos componentes que não são propriedades termodinâmicas.

Passo 1

O exercício pede que verifiquemos se cada uma das variáveis apresentadas é uma propriedade termodinâmica. Depois, pede que classifiquemos cada uma das propriedades termodinâmicas em dois grupos: extensivas e intensivas. Para cumpir esses dois objetivos, colocaremos em prática um passo a passo.

  1. Para saber se a variável é uma propriedade termodinâmica, faremos duas perguntas em sequência:
  2. Passo 2

  3. Para saber se a propriedade termodinâmica avaliada pela primeira etapa é uma propriedade extensiva ou intensiva, faremos o seguinte teste.
  1. Vamos imaginar um sistema em equilíbrio, sendo dividido em duas partes iguais.
  2. Aí então perguntaremos: o valor da propriedade para o sistema inteiro é igual à soma entre os valores de cada parte? Se sim, a propriedade é extensiva. Caso contrário, ela é intensiva.

Passo 2

A termodinâmica é a ciência que faz a conexão entre as interações de trabalho, calor e fluxo de massa atravessando a fronteira e as transformações internas do sistema. Essas transformações são medidas por variações nos valores de suas propriedades termodinâmicas.

Então, o primeiro teste pelo qual a variável deve passar é saber se ela é relevante na descrição dessas mudanças de estados termodinâmicos.

As variáveis v → de velocidade, a → de aceleração, t de tempo e F → de força são utilizadas comumente para descrever o movimento de um objeto. Ou seja, são variáveis da dinâmica dos corpos, não da termodinâmica. Todas pertencem ao terceiro grupo do enunciado.

Cada uma das variáveis P de pressão , T de temperatura são essenciais pra termodinâmica, porque estão conectadas com um tipo de equilíbrio. A igualdade de temperatura em todos os pontos do sistema indica equilíbrio térmico.

A igualdade de pressão em todos os pontos do sistema indica equilíbrio mecânico, quando desprezamos os efeitos da gravidade sobre o sistema.

As variáveis V de volume e m de massa também são relevantes para a termodinâmica, porque medem o tamanho do meu sistema. Isso é fundamental, porque sabemos que para esquentar 1 L ou 1 k g de água precisamos de menos energia do que se tentarmos esquentar 1 0 L ou 1 0 k g dela.

Ou seja, a quantidade de substância influencia na quantidade de energia que precisamos transferir através da fronteira pra provocar uma mudança no sistema.

Como a massa específica ρ é calculada como a razão entre massa e volume de um objeto, ela também é básica às análises termodinâmicas.

Passo 3

Qual a importância do passado do sistema na medição dos valores de P , V , ρ , T , m do sistema no presente? Nenhuma!

Não conhecer a trajetória que o sistema fez antes de chegar no estado do sistema que estamos estudando, não nos impede de medir esses valores no presente.

Por isso, todas essas variáveis são propriedades termodinâmicas do sistema.

Passo 4

Agora resta saber se essas propriedades são intensivas ou extensivas. Para isso, aplicamos o teste do sistema em equilíbrio dividido em duas partes iguais.

Se o sistema está em equilíbrio, todos os pontos do sistema têm o mesmo valor de pressão e temperatura.

Ou seja, o valor de pressão e temperatura para o sistema total é o mesmo valor de pressão e temperatura de cada parte. O total não é a soma das partes. Logo, pressão e temperatura são propriedades intensivas.

Fazendo o mesmo teste para o volume e para a massa, verificamos que o valor de massa e volume do sistema total é a soma do valor de massa e volume das partes. Por isso, massa e volume são propriedades extensivas.

Já para a massa específica, temos o seguinte procedimento:

ρ s i s t e m a = m V

onde m é a massa total do sistema e V é o volume total do sistema.

ρ p a r t e = m / 2 V / 2 = m V = ρ s i s t e m a

Ou seja, o valor da massa específica do sistema total não é a soma do valor de massa e volume das partes. Por isso, ela é uma propriedade intensiva.

Resposta

Propriedades intensivas:   P , ρ e T

Propriedades extensivas: V e m

Variáveis que não são propriedades termodinâmicas: v → , a → , t e F →

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