Processos Reversíveis e Irreversíveis
Teoria
Fala aí! Hoje vamos entender melhor uma parte teórica muito importante na termodinâmica. Vamos diferenciar processos reversíveis de processos irreversíveis, beleza?
Isso é muito importante pra gente por vários motivos, um deles é passar na matéria 
, mas além disso a gente precisa saber quando uma reação acontece apenas em um sentido ou não… Vamos entender isso detalhadamente então!
Processo Reversível é aquele que, em qualquer momento durante a reação pode realizar a trajetória inversa do processo. Quando estamos em um processo reversível a energia cedida do sistema para a vizinhança, por trabalho, se a expansão for adiabática, é máxima. E o contrário também é verdade, a energia recebida pelo sistema da vizinhança, em forma de trabalho e numa compressão adiabática, é mínima… E o que isso quer dizer?
Que o resfriamento em uma expansão adiabática é máximo e o aquecimento em uma compressão adiabática é mínimo, se o processo for reversível, show?
Vamos ver um exemplo que podemos considerar esse processo: Se pegamos um copo com água e colocamos no congelador, a água será congelada, certo? E se depois tirarmos esse copo e colocarmos em temperatura ambiente, ele volta ao seu estado inicial… Ou seja, temos um processo reversível! Claro que aqui a gente tá retirando algumas perdas para considerar o processo como reversível.
Mas o que a gente precisa para ter um processo reversível?
- Ausência de atrito
- Balanço das pressões interna e externa
- Tempo suficiente para o retorno às condições iniciais
- São processos idealizados
- E servem de modelo para cálculos termodinâmicos ideais
Com esses fatores, nós podemos ter a certeza que este não é um processo comum na natureza, né? É possível se aproximar da reversibilidade, fazendo considerações, mas não atingi-la.
Processos irreversíveis são exatamente o contrário! Eles ocorrem espontaneamente em um único sentido. Nas expansões ou compressões irreversíveis, a pressão do sistema não é igual à pressão de oposição nas vizinhanças durante a mudança de estado.
Quando trabalhamos com esse tipo de processo temos que:
Isso mostra pra gente que o trabalho, nesse caso, não é uma variável de estado, pois ele depende do caminho.
Um fator muito importante que vamos precisar para identificar a diferença entre esses dois processos é analisar a Entropia () do sistema, olha só:
Processo Reversível
Processo Irreversível
Se precisar dar aquela relembrada… Faz uma visitinha lá na parte de Entropia que tudo se resolve, beleza?
Agora partiu fazer uns exercícios para fixar nossos entendimentos!
Exercícios Resolvidos
Exercício Resolvido #1
Cederj - Entropia e segunda lei da termodinâmica.
Dentre os quatro processos a seguir quais deles podem ser considerados como reversíveis?
- Choque elástico de duas bolas de bilhar;
- Choque inelástico de duas bolinhas feitas de massa de modelar;
- Expansão adiabática de um gás num cilindro com êmbolo no qual a pressão externa é sempre mantida muito próxima da pressão interna.
- Expansão livre de um gás
Passo 1
Fala aí! Vamos arrasar nessa questão!
Precisamos ver quais desses processos são reversíveis, beleza?
Bom, a letra a fala de duas bolas que se chocam elasticamente, ou seja, depois de colidir elas continuam em movimento, nesse caso teremos várias perdas como atrito entre as bolas e com o chão… então não temos um processo reversível, ok?
Na letra b, o choque é inelástico, entre duas bolas de massinha de modelar… ainda assim temos a presença de atrito, o que faz do nosso processo irreversível!
Na letra c, temos uma expansão adiabática onde a pressão externa é quase igual a pressão interna… Opa! Nesse caso, temos sim um processo reversível!
Show! Conseguimos!
Resposta
Letra c.
Exercício Resolvido #2
Termodinâmica - Çengel - 7ªEd. Página: 319
Por que um processo de expansão que não é de quase-equilíbrio fornece menos trabalho que o correspondente processo de quase-equilíbrio?
Passo 1
Partiu resolver uma questão teórica para fortalecer nossos conhecimentos!
Bom, quando temos um processo de expansão que não é quase-equilíbrio, as moléculas que ficam antes do pistão não conseguem acompanhar seu movimento rápido o suficiente e aí forma uma zona de baixa pressão atrás do pistão… Então, devido a pressão mais baixa, que vai empurrar o pistão, vamos ter menos trabalho que em um caso de quase-equilíbrio, tranquilo?
Show de bola!
Resposta
Ei, a resposta está no passo a passo :)
Exercício Resolvido #3
Termodinâmica - Çengel - 7ªEd. Página: 318
Uma bebida enlatada gelada é deixada em uma sala aquecida e sua temperatura se eleva como resultado da transferência de calor. Esse é um processo reversível? Explique.
Passo 1
Partiu resolver uma questão teórica para fortalecer nossos conhecimentos!
Bom, vamos pensar nela… Se temos uma bebida gelada em uma sala aquecida, sabemos que devido a variação de temperatura essa bebida vai esquentar, né?
Mas aí estamos tendo uma troca de calor com a vizinhança do da latinha, ou seja, estamos perdendo calor para o ambiente… Então nosso processo não é reversível!
Beleza!
Resposta
Ei, a resposta está no passo a passo :)
Exercício Resolvido #4
Termodinâmica - Çengel - 7ªEd. Página: 318
Um processo de expansão ou compressão reversível é necessariamente um processo de quase-equilíbrio? Um processo de expansão ou compressão de quase-equilíbrio é necessariamente um processo reversível? Explique.
Passo 1
Vamos lá aprimorar nossos conhecimentos com essa questãozinha, ok?
Bem, vamos analisar a primeira parte da questão… Ela quer saber se um processo de expansão ou de compressão reversível é necessariamente um processo de quase equilíbrio e nossa resposta é: Sim! Mas vamos explicar melhor, em um processo reversível de expansão ou compressão não podemos ter uma alteração rápida demais ou súbita, de uma hora pra outra, e isso caracteriza o nosso processo de quase-equilíbrio, beleza?
Já a segunda parte quer saber se o contrário é verdade… E nossa resposta será: Não! Porque em um processo de quase equilíbrio, seja ele compressão ou expansão, pode ser irreversível, envolvendo transferência de calor através de uma diferença de temperatura… Foi de boa?
Show!
Resposta
Ei, a resposta está no passo a passo :)
Exercício Resolvido #5
Universidade Federal do Pará - Físico-química .
Qual o realizado no sistema, se de gás ideal à é comprimido isotermicamente e reversivelmente para do seu volume inicial?
Passo 1
Fala aí! Vamos arrasar nessa questão!
Estamos trabalhando com um gás ideal, que sofre uma compressão isotérmica e reversível, beleza?
Temos como dados:
Vamos achar esse trabalho então!
Passo 2
Vamos começar com a fórmulinha de trabalho:
Mas não conhecemos a pressão, então como fica?
O gás é ideal, não é? Então vamos de neles!!!
Substituindo:
Temos que integrar antes de substituir:
Só pra ficar mais elegante, vamos inverter esses volumes no logarítimo e tirar esse sinal de menos:
Passo 3
Vamos considerar , afinal queremos a resposta em !
Substituindo os dados:
Ou:
Show! Conseguimos!