6.65 Um aquecedor elétrico com 200 litros de capacidade utiliza uma resistência elétrica para aquecer água de
a
. A superfície externa do resistor permanece a uma temperatura média de
. A transferência de calor a partir do exterior do aquecedor de água é desprezível, e os estados do resistor e do tanque contendo água não se alteram significativamente. Assumindo a água como incompressível, determine a quantidade de entropia gerada, em kJ/K, para
(a) a água como o sistema.
(b) todo o aquecedor de água, incluindo o resistor.
(a) a água como o sistema.
(b) todo o aquecedor de água, incluindo o resistor.
Passo 1
O enunciado descreve um aquecedor que contém
L de água (densidade
,kg/L) e usa uma resistência elétrica cuja superfície está a
C para elevar a água de
C a
C. Não há troca de calor com o exterior do tanque e o resistor permanece em regime permanente. O conteúdo é aplicação da
.ª e da
.ª lei da termodinâmica para calcular entropia gerada. Vamos precisar de
,kJ/k
e converter temperaturas para Kelvin.
Passo 2
Calcular o calor fornecido à água: massa
,kg e
,K.
Passo 3
Determinar a variação de entropia da água, sabendo que
com
,K e
,K:
Passo 4
Para a água como sistema, a entropia gerada é
Passo 5
No resistor, o calor sai
a
,K, logo
Passo 6
Para o sistema completo (água
resistor), não há troca de calor com o meio externo, então a entropia gerada é a variação total de entropia:
Resposta
(a)
,kJ/K.
(b) ,kJ/K.
(b)