O que é um sistema fechado em termodinâmica?

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Na termodinâmica, um sistema fechado é aquele que não troca matéria com seu entorno, mas pode trocar energia de diferentes maneiras. Em outras palavras, é um sistema cujas fronteiras não permitem que átomos ou moléculas entrem ou saiam, mas por onde a energia pode passar, seja na forma de luz, calor, trabalho, etc.

Esquema de um sistema termodinâmico fechado

Os sistemas termodinâmicos em geral são modelos conceituais usados ​​principalmente para simplificar a descrição matemática de sistemas reais. Nesse sentido, sistemas perfeitamente fechados realmente não existem, pois teriam que ser totalmente herméticos e é quase impossível impedir que mesmo um punhado de átomos atravesse a barreira que separa o sistema do ambiente.

No entanto, muitos sistemas são herméticos o suficiente para serem considerados fechados, e analisar e entender adequadamente esses sistemas permite entender muitos dos conceitos mais fundamentais da termodinâmica. Esta última deve-se ao facto de os sistemas fechados nos permitirem “observar” o efeito que tem sobre um sistema o fluxo de energia de e para o sistema, sem acrescentar a complicação de outras interacções provenientes da troca de matéria.

Características dos sistemas fechados

Os sistemas fechados possuem algumas características que os distinguem dos outros dois tipos de sistemas considerados em termodinâmica:

  • Eles não trocam matéria com o ambiente.
  • São sistemas nos quais a matéria é conservada.
  • Eles são cercados por paredes ou limites diatérmicos.
  • Eles trocam energia com o ambiente.
  • Eles podem ter paredes rígidas e flexíveis, desde que o fluxo de matéria de um lado para o outro não seja permitido em nenhum caso.
  • Eles interagem com o ambiente através da troca de energia.
  • São sistemas que podem realizar trabalho para a vizinhança ou receber trabalho da vizinhança.

Exemplos de sistemas fechados

Embora, como mencionado acima, não existam sistemas perfeitamente fechados, existem muitos exemplos de sistemas reais que, para fins práticos, são considerados fechados.

Exemplo 1: Um refrigerante fechado.

Exemplo de sistema fechado - refrigerantes em lata

Uma garrafa de refrigerante é suficientemente vedada para evitar que o dióxido de carbono escape, mesmo sob pressão. No entanto, é claro que as paredes da lata ou garrafa permitem que o calor flua à medida que os refrigerantes esfriam na geladeira e reaquecem se deixados de fora.

Exemplo 2: Uma panela de pressão, antes de assobiar.

As panelas de pressão são frequentemente citadas como exemplos de sistemas fechados, e realmente são. Durante o aquecimento inicial, a panela é hermeticamente fechada e não permite a entrada ou saída de ar ou vapor. Por outro lado, é evidente que a energia está entrando na forma de calor, pois tanto a panela quanto seu conteúdo estão esquentando lentamente.

Exemplo de sistema fechado - panela de pressão fechada.

É importante observar, no entanto, que isso só é verdade enquanto a válvula estiver fechada (isto é, enquanto a panela não estiver apitando). Quando a pressão interna da panela supera a pressão exercida pela válvula e a válvula se abre, o vapor e outros gases que estão sob alta pressão dentro da panela escapam em alta velocidade. Isso representa uma troca de matéria com o ambiente.

Exemplo 3: Saco de lanche fechado.

Exemplo de sistema fechado - sacos de frutas fechados

Sacos de salgadinhos e salgadinhos também são um bom exemplo de sistema fechado. Além de não permitirem a entrada ou saída de ar ou outras substâncias, além de permitirem a passagem de energia na forma de calor, também permitem o fluxo de energia na forma de trabalho pela bolsa. Prova disso é o facto de podermos partir as frituras com as mãos pelo saco, sem ter de o abrir. Para quebrar ou deformar um material (como uma batata frita, por exemplo) é necessário realizar trabalho, então nós (agindo como a vizinhança) estamos efetivamente realizando trabalho no interior do sistema (formado pelos cavacos dentro do saco) .

Exemplo 4: Alimentos enlatados.

Alimentos enlatados são todos exemplos de sistemas fechados. É evidente que o conteúdo das latas praticamente não troca nenhuma substância com o meio ambiente.

Exemplo de sistema fechado - comida enlatada

Dentro das latas podem estar ocorrendo reações químicas ou diferentes tipos de processos biológicos que podem estar transformando a matéria nas latas, mas não importa o que esteja acontecendo dentro, a massa dentro permanece constante.

Exemplo 5: Carnes seladas a vácuo.

Exemplo de Sistema Fechado - Carne Selada a Vácuo

Carnes e outras proteínas são frequentemente preservadas embaladas a vácuo em pesados ​​sacos plásticos hermeticamente fechados. Este também é um exemplo de um sistema fechado. De fato, em alguns casos, as carnes são marinadas antes de serem seladas e podem até ser cozidas dentro das próprias embalagens, permitindo o fluxo de calor que cozinha a carne, mas evitando a perda dos sucos que lhe conferem seu sabor requintado.

Referências

Atkins, P., de Paula J. (2014). Físico-Química de Atkins. (Rev. ed.). Oxford, Reino Unido: Oxford University Press.

Brown, T. (2021). Química: A Ciência Central. (11ª ed.). Londres, Inglaterra: Pearson Education.

Chang, R. (2008). Físico-Química (1ª ed .). Cidade de Nova York, Nova York: McGraw Hill.

Leis da termodinâmica (nd). Obtido em https://www.khanacademy.org/

Definições Básicas – Sistema e Envolvente. (2020, 13 de agosto). Obtido em https://chem.libretexts.org/@go/page/53093

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Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
(Licenciado en Química) - AUTOR. Profesor universitario de Química. Divulgador científico.

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