Processos quase estáticos, reversibilidade e os limites da Termodinâmica

Abstract

Resumo Este trabalho apresenta, por meio do formalismo clássico dos cursos de termodinâmica, um estudo da relação entre a natureza quase estática de um processo termodinâmico e sua reversibilidade. Além disso, a partir dos resultados obtidos ao supor a reversibilidade para um processo termodinâmico composto por um subprocesso fundamentalmente irreversível, exploramos os limites de aplicação das leis da termodinâmica e as nuances contidas nas suas formulações gerais. Consideramos que este artigo possui dois caráteres bem definidos: o didático e o fundamental. O caráter didático fica evidente quando utilizamos as técnicas de cálculo para a extração das quantidades termodinâmicas nos processos infinitesimais e ao colocar o leitor em contato com as técnicas de demonstração por contradição (se uma hipótese leva a uma contradição, ela não pode ser tomada). Ambas as técnicas podem ser vistas como essenciais na abordagem de um número imenso de problemas em Física. Do ponto de vista fundamental, conseguimos evidenciar a íntima relação entre a Primeira e a Segunda leis da Termodinâmica quando lidamos com a determinação das condições de reversibilidade e existência dos processos termodinâmicos.Abstract This work presents, by means of the classical formalism of thermodynamics courses, a study of the relation between the quasi-static nature of a thermodynamic process and its reversibility. In addition, from the results obtained by assuming the reversibility of a thermodynamic process composed by a fundamentally irreversible sub-process, we explore the limits of application of the Laws of Thermodynamics and the nuances contained in its general formulations. We consider that this paper has two well defined purposes: didactic and fundamental. The didactic point of view is evident when we use the calculus techniques for the extraction of the thermodynamic quantities in the infinitesimal processes and by putting the reader in contact with the techniques of proof by contradiction (if a hypothesis leads to a contradiction, then it can not be assumed). Both techniques can be seen as essential in the approach of a huge number of problems in physics. From the fundamental point of view, we have been able to evidence the intimate relationship between the First and Second Laws of Thermodynamics when we deal with the determination of the conditions of reversibility and existence of thermodynamic processes.