A variação de entropia para um processo de expansão irreversível deve ser maior, menor, ou igual ao obtido pela fórmula acima ? Por que?

Passo 1

Então, a gente tem uma pergunta sobre termodinâmica, especificamente sobre a variação de entropia em um processo de expansão irreversível. A questão está perguntando se essa variação de entropia é maior, menor ou igual ao valor que a gente obteria usando a fórmula padrão para entropia. Para resolver isso, vamos precisar entender o que é entropia, como ela se comporta em processos reversíveis e irreversíveis, e aplicar esses conceitos para comparar os valores.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar o que é entropia. Entropia, representada por , é uma medida da desordem ou aleatoriedade de um sistema. Na termodinâmica, a variação de entropia ( ) durante um processo pode ser calculada usando a fórmula:
Aqui, é a quantidade de calor trocado de forma reversível e é a temperatura absoluta.

Passo 3

Agora, vamos falar sobre processos reversíveis e irreversíveis. Um processo reversível é aquele que pode ser invertido sem deixar alterações no sistema ou no ambiente. Já um processo irreversível, como uma expansão livre ou a mistura de gases, não pode ser revertido sem deixar mudanças no sistema ou no ambiente.

Passo 4

No caso de uma expansão irreversível, a quantidade de calor trocado de forma irreversível geralmente é menor do que em um processo reversível correspondente. Isso ocorre porque, em processos irreversíveis, há perdas de energia devido a dissipações, como atrito ou turbulência.

Passo 5

Devido a essas perdas, a variação de entropia para um processo irreversível é maior do que a variação de entropia calculada usando a fórmula padrão ( para um processo reversível). Isso está de acordo com o segundo princípio da termodinâmica, que afirma que a entropia total de um sistema isolado nunca diminui.

Resposta

A variação de entropia para um processo de expansão irreversível é maior do que a obtida pela fórmula padrão, porque processos irreversíveis geram maior desordem devido a dissipações de energia, aumentando assim a entropia total do sistema.

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Considere três processos através dos quais um sistema arbitrário, determinado no equilíbrio pelo volume e temperatura absoluta, passa de um estado inicial para um estado final : (A) inicialmente a temperatura é aumentada reversivelmente de a e depois o volume é aumentado também reversivelmente de a ; (B) temperatura e volume são aumentados concomitantemente, e reversivelmente, de seus valores iniciais até seus valores finais; e © temperatura e volume são aumentados concomitantemente, mas irreversivelmente, de seus valores iniciais até seus valores finais. Diga quais das seguintes quantidades devem ser, ou não, necessariamente iguais entre si e justifique:
, para o processo (B), e a variação de entropia, , para o processo ©.
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O calor absorvido em (A), , e o calor absorvido em (B), .
Uma amostra contendo 1 mol de um gás ideal monoatômico está inicialmente em equilíbrio a 1 atm de pressão e 300 K . Uma pressão externa constante de 5 atm é aplicada repentinamente, comprimindo o gás irreversivelmente para um estado final de equilíbrio onde a pressão é 5 atm e a temperatura 400 K . Em relação a este processo, usando agora (atm litro)/(mol K):
Calcule a variação de de volume e de energia .
Considere três processos através dos quais um sistema arbitrário, determinado no equilíbrio pelo volume e temperatura absoluta, passa de um estado inicial para um estado final : (A) inicialmente a temperatura é aumentada reversivelmente de a e depois o volume é aumentado também reversivelmente de a ; (B) temperatura e volume são aumentados concomitantemente, e reversivelmente, de seus valores iniciais até seus valores finais; e © temperatura e volume são aumentados concomitantemente, mas irreversivelmente, de seus valores iniciais até seus valores finais. Diga quais das seguintes quantidades devem ser, ou não, necessariamente iguais entre si e justifique:
A variação de pressão, , para o processo (B) e para o processo ©.