O que é um processo reversível? Qual a relação entre um processo reversível e o trabalho realizado por um sistema, explique em detalhes.
Passo 1
Então, a gente vai falar sobre o que é um processo reversível e como ele se relaciona com o trabalho realizado por um sistema. Isso está dentro da área de Termodinâmica, que estuda como a energia se transforma e se move. Para resolver isso, vamos precisar entender as definições básicas de processos termodinâmicos e como o trabalho é calculado nesses processos.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que é um processo reversível. Imagine que você tem um sistema, como um gás dentro de um pistão. Um processo é reversível se ele puder ser invertido, ou seja, se for possível retornar ao estado inicial sem deixar mudanças no ambiente. Isso significa que o processo acontece de forma extremamente lenta e que o sistema está sempre em equilíbrio com seu entorno.
Passo 3
Agora, vamos falar sobre o trabalho realizado por um sistema. Quando um gás se expande no pistão, ele realiza trabalho sobre o ambiente. O trabalho
pode ser calculado pela integral
, onde
é a pressão e
é o volume.
Passo 4
Em um processo reversível, a pressão do sistema está sempre quase igual à pressão externa. Isso permite que o trabalho seja maximizado, porque o sistema está “empurrando” o ambiente de forma eficiente. Matematicamente, para um processo reversível isotérmico (temperatura constante), o trabalho é dado por:
onde
é a quantidade de substância,
é a constante dos gases,
é a temperatura,
e
são os volumes inicial e final.
Passo 5
A relação entre o processo reversível e o trabalho está no fato de que processos reversíveis permitem a realização do máximo trabalho possível pelo sistema. Se o processo não for reversível, parte da energia seria perdida, por exemplo, na forma de calor dissipado, e o trabalho realizado seria menor.
Resposta
Um processo reversível é aquele que pode ser invertido sem deixar alterações no sistema e no ambiente, ocorrendo de forma lenta e mantendo o equilíbrio termodinâmico. A relação entre um processo reversível e o trabalho realizado por um sistema é que, nesse tipo de processo, o trabalho realizado é maximizado. Isso acontece porque a pressão do sistema está sempre equilibrada com a pressão externa, permitindo que o trabalho seja feito de maneira eficiente e sem perdas de energia. Portanto, processos reversíveis são ideais para maximizar o trabalho obtido em transformações termodinâmicas.
Exercícios relacionados
Uma amostra de 2,00 mol de He se expande isotermicamente, a
, de
até
, (i) reversivelmente, (ii) contra uma pressão externa constante igual à pressão final do gás e (iii) livremente (contra pressão externa nula). Em cada processo, calcule q, w e
.
Uma reação química ocorre num vaso de seção reta uniforme de
, provido de um pistão. Em virtude da reação, o pistão se desloca 25 cm contra a pressão externa de 150 kPa . Calcule o trabalho feito pelo sistema.
Calcule o trabalho envolvido quando um mol de um gás ideal é comprimido reversivelmente de 1,00 bar para 5,00 bar a uma temperatura constante de 300 K .
Uma quantidade de
a 298 K é comprimida reversivelmente e adiabaticamente de um volume de 20,0 dm
para
. Assumindo comportamento ideal, calcule a temperatura final do
. Dado
.