Calor e trabalho: são estes conceitos invariantes sob a permuta sistema-vizinhança?

Abstract

Recebido em 10/6/07; aceito em 28/3/08; publicado na web em 1/10/08HeAT AND woRk CoNCePTs: ARe THey INVARIANT UNDeR A sysTeM-sURRoUNDINgs INTeRCHANge? It is argued that the invariants associated to the First Law of Thermodynamics and to the concept of identical processes lead to a clear definition of heat and work. The conditions for heat and work to be invariant under a system-surroundings interchange are also investigated. Finally, examples are presented to illustrate the above conditions. keywords: heat; work; invariance. 11-13 Contudo, ainda subsistem algumas questões interessantes em aberto que requerem clarificação. especificamos a seguir os três principais tópicos que nos propomos explorar neste artigo. Na literatura 4 somos confrontados muitas vezes com duas definições de calor e trabalho: uma baseada no sistema e a outra baseada na vizinhança. Alguns autores defendem que ambas as definições podem ser utilizadas para desenvolver a Termodinâmica, sendo a questão central saber qual destas duas definições é mais geral e mais facilmente aplicável; 4 outra questão a clarificar é o significado das expressões Q sis = -Q viz e W sis = -W viz , que se encontram também na literatura, 4 onde os subscritos "sis" e "viz" significam sistema e vizinhança, respectivamente; finalmente, a questão da invariância do calor e do trabalho relativamente à permuta entre sistema e vizinhança. o objectivo deste trabalho é analisar as questões referidas acima. Com este propósito em mente, começaremos por discutir as definições de calor e de trabalho. Utilizando argumentos lógicos e o conceito de processos termodinâmicos idênticos 1,6 concluímos que o calor e trabalho têm significados físicos específicos que levam a definições inequívocas. Clarificaremos também a segunda questão no contexto das novas definições de calor e trabalho. seguidamente, apresentaremos dois processos termodinâmicos e consideraremos para cada um deles uma transformação que consiste numa permuta entre sistema e vizinhança. Mostra-se que o conceito de processos idênticos, o qual está intimamente ligado à segunda Lei, implica que calor e trabalho não podem, em geral, ser invariantes sob tal transformação. sobre as DeFiniçÕes De Calor e trabalhoos conceitos de calor e trabalho são efectivamente fundamentais em Termodinâmica, não só porque representam mecanismos conceptualmente diferentes de transferência de energia entre o sistema e a sua vizinhança, mas também porque eles são elementos chave para a formulação das leis da Termodinâmica, nomeadamente da Primeira e segunda Leis.Para descrever e analisar um processo termodinâmico, é necessário começar por definir o sistema em estudo e explicitar as propriedades da fronteira que o separa da sua vizinhança. A vizinhança é uma região externa ao sistema, a qual interage directa ou indirectamente com ele (Figura 1). esta explicitação inicial é crítica para a descrição do processo em estudo. As definições do sistema, da fronteira e da vizinhança são algumas vezes implícitas na formulação de problemas de Termodinâmica, o q...

On thermodynamical work and heat definitions and their consistency regarding the second law

“…It is interesting to note that heat and work are not invariant under a system-surroundings interchange [8]. However, in both analyses (A as system or B as system) the surroundings-based definitions are consistent with the Second Law (Clausius relation) while the systembased definitions lead to a contradiction.…”

“…However, as previously mentioned, there are different definitions of Q and W that are currently subject of debate [e.g. [4][5][6][7][8][9][10][11][12][13][14][15][16][17], in particular when irreversible processes are under study.…”

When an adiabatic irreversible expansion or compression becomes reversible

“…Although the mathematics required to deal with its laws and concepts is not complex, the aforementioned subtleties make thermodynamics a difficult teaching and learning subject. These difficulties have, however, stimulated interesting discussions [1][2][3][4][5][6][7][8][9][10][11] whose aim is to make thermodynamics unambiguous and attractive, thus reinforcing its formative role for physics and engineering students.…”