Um arranjo pistão cilindro contem uma mistura de agua liquida a vapor de agua a 300 K . Durante um processo a pressão constante, 7450 kJ são transferidos para a agua. Como consequência parte do liquido do cilindro evapora. Determine a variação de entropia do sistema.
Passo 1
Vamos entender o que está acontecendo aqui. Temos um sistema formado por um pistão e cilindro contendo uma mistura de água líquida e vapor de água à temperatura de 300 K. Durante um processo de pressão constante, são transferidos 7450 kJ de energia para a água, fazendo com que parte do líquido evapore. Nosso objetivo é determinar a variação da entropia desse sistema. Vamos usar conceitos de termodinâmica, especialmente relacionados à transferência de calor em processos de mudança de fase.
Passo 2
Primeiro, precisamos saber a que se refere a variação de entropia. Entropia é uma medida da desordem ou da energia disponível para realizar trabalho em um sistema. Em processos termodinâmicos, a variação de entropia (
) pode ser calculada usando a fórmula:
onde
é o calor transferido e
é a temperatura absoluta em Kelvin.
Passo 3
Como o processo ocorre a pressão constante e envolve a evaporação de parte da água, podemos considerar que todo o calor transferido (
) está sendo usado para a mudança de fase da água líquida para o vapor. A temperatura permanece constante durante esse processo, o que nos permite usar diretamente a fórmula da entropia mencionada.
Passo 4
Vamos converter os valores para as unidades corretas e substituir na fórmula. Primeiro, convertemos o calor de kJ para J, pois a unidade padrão de entropia é J/K.
A temperatura
já está em Kelvin:
Passo 5
Agora, aplicamos os valores na fórmula da variação de entropia:
Resposta
A variação de entropia do sistema é de aproximadamente
.