Dê três exemplos de processos irreversíveis que podem ser abordados via termodinâmica do equilíbrio utilizando a propriedade de função de estado da entropia. Calcule a variação de entropia em cada um destes processos.
Passo 1
Beleza, vamos lá! A questão pede para a gente dar três exemplos de processos irreversíveis que podemos analisar usando a termodinâmica do equilíbrio, focando na entropia como uma função de estado. Para resolver isso, vamos precisar entender o que são processos irreversíveis, o conceito de entropia e como calcular a variação dessa entropia em cada processo.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar o que é um processo irreversível. Diferente de um processo reversível, que pode ser invertido sem deixar mudanças no ambiente, um processo irreversível causa aumentos na entropia do sistema mais do ambiente. A entropia, representada por
, é uma medida da desordem ou da quantidade de energia dispersa no sistema.
Passo 3
Exemplo 1: Mistura de Gases Diferentes
Imagina que você tem dois gases diferentes separados por uma divisória em um recipiente. Quando a divisória é retirada, os gases se misturam espontaneamente. Esse é um processo irreversível porque não dá para separar os gases de volta sem gastar energia.
Para calcular a variação de entropia (
) desse processo, usamos a fórmula:
onde
é a quantidade de matéria,
é a constante dos gases e
são as frações molares dos gases.
Passo 4
Exemplo 2: Expansão Livre de um Gás
Imagine liberar um gás preso em um compartimento para que ele se expanda e ocupe todo o espaço disponível. Esse processo é irreversível porque o gás não vai espontaneamente voltar ao compartimento original.
A variação de entropia para uma expansão livre pode ser calculada por:
onde
é o volume final e
é o volume inicial.
Passo 5
Exemplo 3: Reação Química Espontânea
Considere uma reação química que ocorre espontaneamente, como a combustão do hidrogênio com oxigênio formando água. Essa reação aumenta a entropia do sistema e do ambiente, tornando-a irreversível.
Para calcular a variação de entropia, usamos:
onde
são as entropias dos produtos e dos reagentes.
Resposta
Assim, apresentamos três exemplos de processos irreversíveis: a mistura de gases diferentes, a expansão livre de um gás e uma reação química espontânea. Calculamos a variação de entropia para cada um usando formulas específicas da termodinâmica, mostrando como a entropia aumenta nesses processos.
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