Classificar os sistemas é fundamental para a organização da forma de abordagem. Os sistemas podem ser classificados por muitos critérios. Considerando a interação material e energética entre o sistema e a sua vizinhança eles podem ser: isolados, fechados e abertos.
· SISTEMAS ISOLADOS
Os sistemas isolados são aqueles que não permitem a passagem de matéria e nem de energia, esta em todas as suas formas, através da fronteira. Embora eles sejam conceitualmente importantes, os sistemas perfeitamente isolados são difíceis de serem encontrados na prática. É possível impedir o transito da matéria envolvendo o sistema com uma parede impermeável. Para que a energia não atravesse a parede na forma de calor, a parede precisa ser feita com um isolante térmico perfeito. O impedir o trânsito de energia na forma de trabalho é mais complicado. O trabalho de expansão e contração só é impedido se a parede for perfeitamente rígida e a fronteira for indeformável. Paredes elásticas não impedem a permuta deste tipo de energia entre o sistema e o ambiente. Cada tipo de trabalho requer um procedimento diferente de isolamento. No fim das contas a oarede tem que ser um isolante universal: térmico, mecânico, elétrico, etc. Por isso, é costume adjetivar o tipo de isolamento em térmico, mecânico, elétrico, etc.
Exemplo 2.4.1. O sistema constituído por nitrogênio líquido armazenado num frasco de Dewar é um bom exemplo de sistema termicamente isolado. O frasco de Dewar se assemelha as garrafas térmicas. É feito de vidro ou metal e consiste num recipiente com dupla parede sendo igual a um recipiente menor dentro de outro maior selados. No espaço estreito entre as paredes existe vácuo. Teoricamente um frasco de Dewar poderia manter um líquido em uma temperatura qualquer para sempre sem que houvessem alterações, mas, na prática, isso não ocorre, pois de uma forma ou de outra ocorre vazamento de energia ou matéria.
· SISTEMAS FECHADOS
Nos sistemas fechados apenas a energia pode se movimentar entre o sistema e sua vizinhança. Esse movimento pode ser tanto calor como trabalho. Este tipo de sistema tem fronteiras reais que impedem a movimentação do material, mas não impedem a movimentação de energia.
Exemplo 2.5.2 – Um líquido contido num recipiente metálico hermeticamente fechado é um exemplo de sistema fechado. Como o metal conduz o calor, a energia pode entrar e sair nesta forma. Sendo impermeável a parede metálica não permite a entrada e nem a saída de matéria. Então trata-se de um sistema fechado.
· SISTEMAS ABERTOS
Os sistemas abertos são aqueles cujas fronteiras são tais que permitem a movimentação de material através da mesma. Basta isso para que o sistema seja aberto. Os sistemas isolados e fechados não permutam matéria com suas vizinhanças. Por outro lado, como foi visto, a energia impregna a matéria, por isso, o movimento de matéria sempre implica no movimento da energia nela contida. Não dá para dissociar a matéria da energia. Não existe, portanto, um sistema que permute matéria e não energia. Os sistemas abertos em geral, são sistemas onde toda a fronteira ou algumas partes dela são imaginárias. Fronteiras imaginárias têm a característica de permitir o livre movimento de material entre o sistema e sua vizinhança nos dois sentidos sem opor resistência. Isso não significa que a transferência de massa não possa ocorrer em fronteiras físicas.
Exemplo 2.5.3. – A interface entre um líquido e seu vapor pode ser fronteira de um sistema se for escolhida como tal. No entanto, o líquido pode passar para a fase vapor por evaporação e o vapor pode passar para o líquido por condensação atravessando esta interface nos dois sentidos. Isso caracteriza o sistema como aberto.
Havendo movimento de material haverá também movimento da energia nele contida. A energia em transito, acompanhando o movimento do material, é trabalho. Por isso, alguns livros classificam como abertos os sistemas que podem permutar matéria e energia com a sua vizinhança. Não existe sistema aberto onde ocorra transporte de material sem o transporte de energia.
Exemplo 2.5.4. – Considere vapor d’água superaquecido se movimentando numa tubulação industrial. Para fins de estudo, é escolhido como sistema o vapor contido numa seção da tubulação sem ramificação. Para que o sistema seja constituído apenas pelo vapor, a fronteira escolhida é a superfície interna da seção de tubo que está em contato direto com o vapor, juntamente com duas superfícies imaginárias, perpendiculares ao eixo do tubo, localizada nas extremidades da seção estudada. Como o vapor está em movimento, ele entra no sistema por uma das extremidades e sai pela outra atravessando as fronteiras imaginárias. Então, existe troca de material entre o sistema e sua vizinhança. Basta isto para que o sistema seja considerado aberto. No que diz respeito à energia, como o vapor contém energia interna, ela entra e sai do sistema acompanhando o vapor. Então é impossível dissociar a energia do material e imaginar um sistema que troque matéria, mas não energia com o ambiente. Para complicar, se o tubo não for isolante térmico, energia também se movimenta para o ambiente por condução através da parede da seção tubular em tela como calor. No caso do vapor superaquecido, a temperatura ambiental é menor e o movimento de energia será para fora do sistema por condução na parede.
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