Tese de Doutorado #375 – Leonardo Ferreira Calazans – 11/12/2020

Termodinâmica de Estados Estacionários: entropia, equivalência de ensembles e independência de reservatórios

Autor: Leonardo Ferreira Calazans

Banca Examinadora

Prof. Ronald Dickman (Orientador)

DF/UFMG

Prof. Bismarck Vaz da Costa

DF/UFMG

Prof. Allbens Atman Picardi Faria

CEFET/MG

Prof. André Cardoso Barato

University of Houston

Prof. Mário José de Oliveira

USP

Orientação

Prof. Ronald Dickman (Orientador)

DF/UFMG

Resumo do Trabalho

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 destas definições 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 função entropia 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 com 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.