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Processos quase estáticos e reversíveis

Transcrição de vídeo

no último vídeo em que falamos sobre macro estados definimos essa situação em que possui uma caixa um cilindro que tinha essa parte superior móvel chamo isso de pistão e opção está sendo impulsionado para cima pela pressão do gás na caixa e está indo para baixo no último exemplo tinha uma pedra ou um peso aqui em cima e acima disso tinha wako então basicamente há alguma força por área ou pressão sendo aplicada pelas batidas das partículas nesse pistão esse peso não estiver aqui vamos supor que o próprio paquistão ou a parte superior do móvel não possui massa se aquele peso não estivesse ali aquela parte iria ser empurrada para uma distância indefinidamente longe porque não haveria pressão proveniente do wako mas esse peso está aplicando alguma força na mesma área para baixo estamos em algum ponto de equilíbrio e organizamos isso neste diagrama pv-ac o fazer em magenta então esse é o estado 1 que estávamos ali o que eu fiz no último vídeo foi quebrar metade desse bloco e assim que quebrei essa metade desse bloco obviamente a força que está sendo aplicada pelo bloco irá ser reduzido imediatamente pela metade e dessa forma o gás irá empurrar para cima isso aconteceu tão rápido que de repente o gás está empurrando para cima assim que isso ocorre o gás próximo o topo da caixa tem sua pressão diminuída por possuir menos força empurrando para cima então as moléculas que estão aqui em baixo ainda nem sabem que quebrei este bloco vai levar algum tempo o gás vai empurrá lo para cima então irá fazê-lo oscilar para baixo em seguida empurrá lo para cima e oscilar um pouco para baixo vai levar algum tempo para que cheguemos a outro estado de equilíbrio em que tenhamos uma pressão nova ou definitivamente mais baixo com certeza temos um volume mais elevado eu não vou falar muito sobre isso ainda mas provavelmente teremos também uma temperatura menor e este é o nosso novo estado ea pressão do nosso macro estado o volume serão definidos assim que estivermos no novo equilíbrio então estamos bem aqui me pergunta no último vídeo era como chegamos aqui algum modo de definir o caminho para chegar de nosso primeiro estado em que a pressão e volume eram bem definidos porque o sistema estava em equilíbrio termodinâmico para chegar ao nosso segundo estado ea resposta foi não porque entre esse estado e esse estado a confusão foi armada possuía temperaturas diferentes em pontos diferentes no sistema poderia ter sido uma pressão diferente aqui do que eu tive aqui em cima o volume pode estar oscilando a cada instante então quando estamos fora do equilíbrio eu tinha escrito isso ben ali é impossível definir ou dizer que aquelas variáveis de macros são bem definidas então não havia um caminho que poderíamos afirmar como chegamos aqui vou apagar isso como chegamos do estado 11 ao estado dois poderíamos dizer muito bem estávamos em algum tipo de equilíbrio portanto estávamos no estado então eu quebrei a metade da pedra a pressão caiu o volume aumentou provavelmente a temperatura também caiu e por isso acabei nesse outro estado assim que alcancei o equilíbrio e isso é perfeitamente simples mas não seria bom se houvesse algum modo se pudéssemos dizer sabe há uma maneira de explicar como chegamos nesse ponto a esse ponto se fosse possível realizar minha pequena experiência com a pedra de maneira um pouco diferente de forma a evitar que toda essa confusão foi formada para que talvez em todos os pontos as minhas macro variáveis sejam realmente definidas como poderia fazer isso lembre-se disse que as macro variáveis seja a pressão temperatura volume existem outras estas são as únicas definidas quando estamos em equilíbrio termodinâmico chegou se a um ponto de estabilidade que por exemplo a temperatura é consistente em todo o sistema se não for consistente por todo o sistema não deveria estar falando sobre isso se a temperatura for diferente aqui do que é aqui em cima não deveria dizer que a temperatura no sistema é x realmente não posso fazer uma declaração bem definida sobre a temperatura ea mesma coisa para pressão o volume porque o volume também está flutuando mas esse eu realizar aquele mesmo experimento o mesmo processo assim deveria chamá-lo desenhá lo novamente então eu tenho a minha caixa em vez de iniciar com uma pedra apenas uma pedra grande vou desenhar este aqui ensino estão em cima da parte superior móvel do cilindro existe gás dentro dele então ao invés de começar com uma pedra grande como tinha ali que tal começar com peso igual ao da pedra mas digamos que um monte de pedras menores que resultou no mesmo peso daquela pedra então apenas um monte de bem sabe uma pilha de pedras talvez possa ser a areia são super hiper pequenas em vez de se livrar da metade da área de uma vez como fiz com aquela pedra ali e fui direto para aquele estado que os coloquei esse sistema inteiro nesse estado de não equilíbrio ao invés de fazer isso vou fazer as coisas bem lentamente de forma muito suave vou retirar um grão de areia por vez então se eu retirar apenas um grão de areia não retirei uma quantidade infinita esmal de peso que vai acontecer bem e se stão vai se mover um pouco pra cima vou desenhar isso o copiar e colar isso aqui não retirei apenas uma pequena parte da areia a força que empurra para baixo será um pouquinho menor a pressão que empurrava para baixo será um pouquinho menor eo pistão deixe-me ver se posso desenhar isso isso terá se movido para cima vou pagar isso terá se movido para cima em uma quantidade infinita esmal infinitesimal significa uma quantidade infinitamente pequena teria se movido uma quantidade infinitamente pequeno de espaço e dessa forma não provocar íamos aquele caos que eu provoquei no sistema da última vez logicamente ainda não o vemos até o final mas o que fizemos poderíamos movido o daquele ponto talvez para esse ponto bem aqui que é um pouco mais próximo dali só remove um pouco do peso então minha pressão caiu só um pouco o volume subiu só um pouco provavelmente a temperatura caiu o segredo aqui é que estou tentando fazer isso incrementos tão pequenos que conforme faço no sistema fica muito mais próximo o equilíbrio estou fazendo isso lentamente o bastante para atingir o equilíbrio em cada etapa quase que imediatamente ou está quase em equilíbrio o tempo todo o que estou fazendo isso então faço isso outra vez em mais uma vez não vou desenhar de forma um pouco mais organizada para poupar tempo digamos que remova outro pequeno grão de areia que possui uma massa infinitamente pequena e agora meu pequeno pistão se moverá só um pouco mais para cima e possui lembre-se que possui 11 - areia aqui do que possuía aqui e meu volume de gás aumenta um pouco a pressão diminui um pouco e vou para esse ponto aqui estou fazendo aqui é definir o que é chamado de processo quase estático o motivo pelo qual é chamado assim é porque fica próximo de ser estático está quase em equilíbrio o tempo todo toda vez que movimento um grão de areia estou chegando mais próximo se eu fosse fazer isso na vida real mesmo um grão de areia em uma pequena escala iria causar um pouco de caos no meu sistema o pistão iria subir um pouco então vamos fazer um grão de areia ainda menor que isso e fazer isso ainda mais lentamente de forma que eu fique em equilíbrio é alguma espécie de teoria se fizesse grande área infinitamente pequenos e os retirar se lentamente o bastante da forma movê-los desse ponto para esse ponto mas gostamos de pensar nisso teoricamente porque isso nos possibilita de escrever um caminho porque e lembre-se porque tem cuidado para ter certeza de que o estado o sistema está em equilíbrio o tempo todo quando vou dali até ali porque os nossos macro estados as nossas macro variáveis como pressão volume temperatura somente são definidas quando estamos em equilíbrio portanto se fizer esse processo de forma super lenta com incrementos super pequenos irá me permitir manter a pressão eo volume e na verdade minha temperatura de macro estados em qualquer momento por isso poderia realmente traçar um caminho então se eu continuar fazendo isso e ficar cada vez menor poderia traçar um caminho para dizer cheguei do estado 11 ao estado dois aqui neste diagrama pv e você poderá dizer isso é tudo vou voltar um pouco aqui sempre achei isso bem confuso sabe vemos muitas pessoas falarem nos ciclos termodinâmicos ou até mesmo em livros mas tem de ser um processo quase estático e sempre pensava porque as pessoas sofrem para descrever esse processo em que removemos grão após grão de areia ea questão toda é porque queremos chegar tão próximos do equilíbrio tempo todo que fazemos o possível para que a pressão e volumes sejam definidos o tempo todo a verdade é que no mundo real nunca temos algo que seja definido continuamente mas é possível fazer incrementos muito muito muito muito pequenos e se não estiver contente com isso é possível realizar incrementos ainda menores então em algum momento em algum ponto limite é possível ter algum tipo de variação de estado contínuo enquanto se tiver sempre em equilíbrio é quase um paradoxo porque dizemos estar estático e dizemos está em equilíbrio o tempo todo mas claramente estamos também variando o tempo todo continuamos a remover um pouco de areia mas estamos movendo os grãos lentamente o bastante para que todos aqueles movimentos longos para cima e pra baixo todo o fluxo todas as variações de temperatura estranhas não aconteçam e isso desliza para cima muito muito muito lentamente o motivo pelo qual estou mostrando esse exercício é que ele é essencial quando começamos a falar de termodinâmica e esses diagramas pv e vamos começar a falar sobre os motores de carne tudo aquilo será possível para pelo menos de escrever teoricamente o caminho que realizamos nestes diagramas pv e não poderíamos fazer isso se não pudesse não supor que estivéssemos realizando um processo quase estático agora há um outro termo que você ouvirá em círculos termodinâmicos quero dizer pra mim não sei eu tive dificuldade para compreender pela primeira vez que ouvi falar dele que é reversível às vezes os termos quase estático e irreversível são utilizados como sinônimos mas há uma diferença os processos irreversíveis são quase estáticos e a maioria dos processos quais estáticos são reversíveis mas alguns casos especiais que não são mas a idéia de um processo irreversível é que seja algo que aconteça muito lentamente então nesse exemplo removeu um grão de areia e cheguei o estado mas se fizesse a suposição de que não houvesse atrito quando esse questão fosse movido um pouco pra cima no mundo real digamos que estão fosse de metal quando isso se esfregasse contra a caixa haveria um pouco de atrito gerado e um pouco de energia seria dissipada como o atrito o calor mas em um processo irreversível estamos supondo que isso não possui atrito quando alguma coisa acontece no sistema vamos desse estado e seu estado a esse estado b então quando vamos desse primeiro estado para esse estado primeiro estamos infinitesimalmente próximos ao equilíbrio tempo todo então todos os nossos macro estados estão bem definidos quando nos movemos de um estado para outro não há perda ou dissipação de energia então temos duas características importantes a primeira estar sempre infinitamente próximo equilíbrio e não perder energia eo motivo pelo qual isso importa para um processo irreversível é que se quiséssemos se estivéssemos parados no estado b poderíamos colocar de volta outro grão de areia empurrar para baixo e se vistam de forma infinitamente lenta com o incremento infinitesimalmente pequeno iria retornar ao estado a então é por isso que é chamado reversível poderíamos estar nesse ponto aqui em remover um pouco de ar e e chegar nesse ponto bem aqui mas preferiria desde que não haja perda de energia poderíamos adicionar um pouco de areia e voltar a esse ponto bem aqui agora a realidade no mundo real é que não há processo que seja tão perfeitamente reversível sempre haverá sempre que fizer algo haverá uma perda de energia ou calor para o processo no mundo real se fosse aqui para baixo se tentasse colocar areia de volta iria perder energia e provavelmente chegar em um ponto diferente mas não é necessário se preocupar com isso a fórmula importante desse vídeo é que é na situação que eu descrevi não havia nenhuma variável intermediária no macro estado porque nosso sistema estava em fluxo não estava em equilíbrio então se quisermos obter estados intermediários vamos basicamente ter de realizar esse processo mais lentamente quero dizer teoricamente levaria uma eternidade para que fosse possível aproximá lo mas a areia nos dá uma idéia do que estamos falando e se fizéssemos isso lentamente com essas partículas de areia infinitesimalmente pequenas então seria possível definir o estado de cada ponto ao longo do processo e é por isso que chamamos de quase estático porque em qualquer ponto está próximo de ser estático está quase em equilíbrio nossas pressões volume temperaturas podem ser definidas e se adicionarmos algo com a noção de que não perdemos calor quando estamos indo para uma direção ou para outra podemos dizer que é reversível porque se remover somos um grão de areia poderíamos sem adicionar um pouco de areia depois agora na verdade com isso dito deixe me dar um exemplo de processo quase estático não é verdade vou guardá-lo para o próximo vídeo de qualquer forma espero que você tenha entendido esses dois conceitos que costumavam me confundir bastante ainda mais acho que a primeira vez que li a respeito disso pensei tudo bem o que é de tão importante a grande importância é que nos permite definir nossos macro estados para todo o estado entre esses dois estados que precisamos quando fazemos isso como uma espécie de processo que não seja quase estático não ficamos sabendo o que aconteceu na parte intermediária