Lista UA 05_Variação da Entropia e Segunda Lei da Termodinâmica

Prévia do material em texto

Lista de exercícios (UA 05): Variação da Entropia e Segunda Lei da 
Termodinâmica. 
Profª. Dra. Maria Elenice dos Santos 
 
(QUESTÃO 01) Uma reação química somente seria considerada espontânea se nela houver um aumento 
na desordem do sistema reacional, ou seja, quanto maior a desordem dos átomos presentes em uma reação, 
mais espontânea ela é. Assim surgiu o conceito de Entropia. Esta é uma medida física da 
desordem (desorganização) de um sistema, sendo representada pela letra S. 
 Pode-se observar na ilustração que o lado A está isolado do lado B (onde há vácuo) por meio de uma 
válvula. O “lado A” apresenta certa quantidade de gás, porém, as moléculas encontram-se aprisionadas (com 
menor movimentação) nessa região. 
 
 
 
Ao abrir a válvula, permite-se que as moléculas do gás dispersem-se também para o lado B. Se as moléculas 
estão mais espalhadas, significa que o sistema está mais desorganizado. Dessa forma, houve um aumento da 
entropia do sistema. Se houve aumento da entropia, o sistema tende a ser mais espontâneo. Qual das 
afirmações abaixo a respeito da entropia é verdadeira? 
a) A entropia não é necessariamente conservada em sistemas isolados. 
b) A entropia é uma grandeza vetorial. 
c) A entropia é uma forma de energia. 
d) A entropia não depende da temperatura. 
e) A entropia só pode ser definida para substâncias no estado sólido, 
 
Resposta: Letra A 
 
Resolução: O conceito de entropia é que ela não é uma grandeza vetorial, haja vista o fato de que deriva da 
relação de duas grandezas escalares, a quantidade de calor Q e a temperatura T. A entropia não constitui 
uma forma de energia, mas sim oriunda da razão: 
T
Q
S  . O conceito de entropia é amplo e aplica-se a 
sistemas para substâncias no estado sólido, líquido e gasosos. A entropia de um sistema isolado é sempre 
positiva ou nula. Nesse caso, a entropia não é, necessariamente, conservada em sistemas isolados. 
 
(QUESTÃO 02) A Segunda Lei da Termodinâmica trata da transferência de energia térmica. Ela indica que 
as trocas de calor que têm tendência para igualar temperaturas diferentes (equilíbrio térmico), o que acontece 
de forma espontânea. Seus princípios são: (1) O calor é transferido de forma espontânea do corpo de maior 
temperatura para o de menor temperatura. (2) Todo processo tem perda porque seu rendimento sempre é 
inferior a 100%. 
 Analisando as máquinas térmicas, o Físico Sadi Carnot descobriu que elas eram mais eficientes 
quando havia transferência de calor da temperatura mais alta para a temperatura mais baixa. Isso acontece 
sempre nessa ordem, afinal a transferência de energia térmica é um processo irreversível. Isso quer dizer que 
o trabalho depende da transferência de energia térmica, lembrando que não é possível transformar todo calor 
em trabalho. 
 A Segunda Lei da Termodinâmica está relacionada com o conceito de entropia. Ela completa 
a Primeira Lei da Termodinâmica, a qual se fundamenta no princípio da conservação de energia. Qual das 
afirmações abaixo é incompatível com a Segunda Lei da Termodinâmica? 
a) O gelo pode ceder calor ao ambiente. 
b) O calor passa espontaneamente de um objeto a uma temperatura maior para um objeto a uma 
temperatura menor. 
c) A energia interna de um sistema pode ser modificada fornecendo calor ao sistema ou realizando 
trabalho sobre o sistema. 
d) O calor específico a volume constante de um gás monoatômico é diferente do calor específico a 
volume constante de um gás diatômico. 
e) Uma geladeira pode resfriar a cozinha se for deixada com a porta aberta. 
 
Resposta: Letra E 
 
Resolução: A Segunda Lei da Termodinâmica é dada pela relação: 
T
Q
S  .Os processos decorrentes 
desta lei são processos que ocorrem espontaneamente. Assim, o gelo pode ceder calor ao ambiente, desde 
que o calor flua da fonte quente para a fonte fria. Em um processo espontâneo, o calor deve passar 
espontaneamente de um objeto a uma temperatura maior para um objeto a uma temperatura menor. De fato, 
a energia interna de um sistema pode ser modificada fornecendo calor ao sistema ou realizando trabalho 
sobre o sistema. 
 De acordo com a lei dos gases ideais: TRnVp ...  ,os calores específicos, a volume constante, 
para gases monoatômicos e diatômicos, são diferentes. Por fim, o que contraria as leis da entropia são 
processos irreversíveis, como o exemplo citado acima, de que a geladeira pode resfriar a cozinha se for 
deixada com a porta aberta, quando na verdade, o processo espontâneo seria a geladeira receber calor do 
meio e elevar sua temperatura. 
 
https://www.todamateria.com.br/entropia/
https://www.todamateria.com.br/primeira-lei-da-termodinamica/
(QUESTÃO 03) Um processo adiabático são aqueles no qual o sistema não troca calor com a vizinhança. 
Um processo adiabático também pode ser isentrópico, o que significa que o processo pode ser reversível. O 
processo adiabático fornece uma base conceitual rigorosa para a teoria utilizada para expor 
a Primeira Lei da Termodinâmica e, como tal, é um conceito-chave na área da 
termodinâmica. 
 O termo adiabático refere-se a elementos que impedem a transferência de calor com o 
meio ambiente. Uma parede isolada é bastante próxima de um limite adiabático. 
 A afirmação de que um processo é adiabático é uma suposição simplificada que é feita 
com frequência. Por exemplo, presume-se que a compressão de um gás dentro de um cilindro 
de um motor térmico ocorre tão rapidamente que, na escala de tempo do processo de 
compressão, uma pequena parte da energia do sistema pode ser transfer ida como calor para 
os ambientes. Embora os cilindros dos motores térmicos não estejam isolados e sejam 
bastante condutores, esse process o é idealizado para ser adiabático. O mesmo pode ser dito 
para o processo de expansão do referido sistema. Em todos os processos adiabáticos: 
A) A entropia não varia. 
B) A entropia aumenta. 
C) A entropia diminui. 
D) A entropia não aumenta. 
E) A entropia não diminui. 
 
Resposta: Letra E 
 
Resolução: Processos adiabáticos são aqueles que ocorrem sem troca de calor com o meio. Em outras 
palavras, o sistema encontra-se isolado e todos os processos de troca de calor são inexistentes. Nesse 
contexto, a variação da entropia deste sistema não poderá sofrer diminuição, podendo esta ser apenas 
positiva ou nula. 
 
 (QUESTÃO 04) A grandeza termodinâmica denominada entropia, simbolizada pela letra S, está 
relacionada aos graus de organização de um sistema. Quanto maior a desordem do sistema, maior sua 
entropia. No Sistema Internacional de Unidades (SI), a variação da entropia, ∆S, é medida em Joule por 
Kelvin (J / K), representada pela equação que segue: 
 
inicialfinal SSS  
∆S > 0: 
a entropia aumenta (aumento da desordem) 
∆S < 0: 
a entropia diminui (diminuição da desordem) 
 
 
 A entropia e a desordem de um sistema têm a ver com a espontaneidade de processos físicos. Se a 
entropia e a desordem aumentam, quer dizer que o processo é espontâneo. Por exemplo, considere a queda 
https://pt.solar-energia.net/termodinamica/propriedades-termodinamicas/calor
https://pt.solar-energia.net/termodinamica/leis-da-termodinamica/primeira-lei-termodinamica
https://pt.solar-energia.net/termodinamica
https://pt.solar-energia.net/termodinamica/propriedades-termodinamicas/calor/transferencia-de-calor
https://pt.solar-energia.net/termodinamica/propriedades-termodinamicas/calor
https://pt.demotor.net/motores-termicos
de um copo de vidro, esse é um processo espontâneo, em que a desordem do sistema aumenta. O processo 
contrário, isto é, os cacos do copo quebrado subirem sozinhos e recuperarem o copo não ocorrem, não é 
espontâneo e é irreversível. 
 Se um objeto quente e um objeto frio são colocados em contato térmico em um recipiente 
termicamente isolado até atingirem a mesma temperatura, a variação ∆SQ da entropia do objeto quente, a 
variação ∆SF da entropia do objeto frio e a variação total ∆ST dos doisobjetos obedecem às seguintes 
desigualdades: 
A) ∆SQ > ∆SF > ∆ST > 0 
B) ∆SQ < ∆SF > ∆ST > 0 
C) ∆SQ < ∆SF > ∆ST < 0 
D) ∆SQ > ∆SF < ∆ST > 0 
E) ∆SQ > ∆SF < ∆ST < 0 
 
Resposta: Letra B 
 
Resolução: Em um sistema termodinamicamente isolado, para que as trocas de calor ocorram é necessário 
que parte do sistema perca calor para que a outra parte o receba. Relacionado ao conceito de variação da 
entropia, para sistemas ditos espontâneos, O calor deverá fluir da fonte quente para a fonte fria. Nesse 
sentido, a variação ∆SQ da entropia do objeto quente deverá ser diminuída em detrimento do aumento da 
variação ∆SF da entropia do objeto frio e isso é um processo espontâneo. Já no caso da variação total ∆ST 
da entropia referente aos dois objetos, esta deverá aumentar, pois o grau de desorganização di sistema 
aumentou. 
 
(QUESTÃO 05) As três variáveis de estado dos gases são: pressão, volume e temperatura. As relações 
entre essas variáveis foram estudadas sempre mantendo uma delas como constante. Existe um tipo de 
transformação denominado isotérmica. O cientista Boyle observou uma relação entre pressão e volume que 
foi quantificada e notou também que tal relação se repetia para todos os gases. Deste feito, criou-se a Lei de 
Boyle-Mariotte, que diz o seguinte: “Em um sistema fechado em que a temperatura é mantida constante, 
verifica-se que determinada massa de gás ocupa um volume inversamente proporcional a sua pressão.” Isso 
significa que se dobrarmos a pressão exercida por um gás em um sistema fechado, o volume irá diminuir 
pela metade. O contrário também deverá ocorrer, isto é, se diminuirmos a pressão pela metade, o volume 
ocupado pelo gás será o dobro. 
 Um gás ideal sofre uma expansão isotérmica. Qual das afirmações abaixo em relação a essa 
transformação é verdadeira? 
a) A energia interna do gás é igual à quantidade de calor absorvida pelo sistema. 
b) O trabalho realizado pelo gás é igual à quantidade de calor absorvida pelo sistema. 
c) O trabalho realizado sobre o gás é igual à quantidade de calor absorvida pelo sistema. 
d) A variação da energia interna do gás é igual à quantidade de calor absorvida pelo sistema. 
e) O trabalho realizado sobre o gás é igual ao aumento da energia interna do sistema. 
 
Resposta: Letra B 
 
Resolução: Uma expansão isotérmica se dá a temperatura constante e, sem a variação da temperatura, de 
acordo com a Primeira Lei da Termodinâmica, WQU  ,a variação da energia interna do sistema 
será nula. Desse modo, o trabalho realizado pelo sistema deverá ser igual à quantidade de calor absorvida 
pelo mesmo.