Termodinâmica de estados estacionários: entropia, equivalência de ensembles e independência de reservatórios
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Tese de doutorado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Allbens Atman Picardi Faria
Andre Cardoso Barato
Bismarck Vaz da Costa
Mário José de Oliveira
Andre Cardoso Barato
Bismarck Vaz da Costa
Mário José de Oliveira
Resumo
Para modelos estocásticos em rede em estado estacionário de não equilíbrio (EENE)
é possível definir potencial químico e temperatura via coexistência com reservatórios
térmicos e de partículas. Neste trabalho investigamos as consequências desta definição
na construção da Termodinâmica de Estados Estacionários (TEE). Essa pesquisa é parte
de uma investigação mais ampla sobre a possibilidade de construção de uma teoria
termodinâmica longe do equilíbrio. Assim, investigamos a definição de uma entropia
termodinâmica para a TEE via a integração termodinâmica de parâmetros intensivos.
Determinando a distribuição de probabilidade sobre configurações para três modelos que
apresentam EENE, mostramos que a entropia termodinâmica não é uma função de estado e
é diferente da entropia de Shannon. Para o gás de rede dirigido com exclusão de primeiros
vizinhos (NNE), estudamos se a descrição quando o sistema tem número fixo de partículas
é equivalente àquela quando o sistema está em contato com um reservatório de partículas
com potencial químico determinado. Por analogia com o equilíbrio, chamamos as duas
situações de ensemble canônico e grande canônico. Fornecemos evidências numéricas de
que as duas descrições são equivalentes no limite termodinâmico. Por fim, investigamos se
as propriedades macroscópicas do NNE dependem da maneira como a troca de partículas
é realizada entre o reservatório e o sistema (e.g., uma por vez ou aos pares). No equilíbrio,
devido a forma canônica da distribuição de probabilidade, tais propriedades independem
de como a troca é realizada, e encontramos que, fora do equilíbrio, essa independência
não se mantém. Esse resultado tem algumas implicações importantes, como diferentes
predições físicas para cada esquema de troca e violações da Segunda Lei da termodinâmica.
Abstract
Assunto
Termodinâmica de sistemas em não-equilíbrio, Mecânica estatística de sistemas em não-equilíbrio, Entropia
Palavras-chave
Termodinâmica de não equilíbrio, Estados estacionários de não equilíbrio, Parâmetros intensivos, Mecânica estatística de não equilíbrio