Uma barra metálica(
) de 2 kg , inicialmente a
é lançado em um tanque com água
. Após algum tempo, a água e a barra estão em equilíbrio a
.
a) Qual a a quantidade de calor liberada pelo metal nesse processo?
b) Se toda energia for realmente transferida para água, quanta água havia no tanque?
c) Qual a entropia total?
d) Esse processo é reversível? Justifique.
a) Qual a a quantidade de calor liberada pelo metal nesse processo?
b) Se toda energia for realmente transferida para água, quanta água havia no tanque?
c) Qual a entropia total?
d) Esse processo é reversível? Justifique.
Passo 1
O enunciado envolve uma barra metálica de massa
e capacidade térmica específica
, inicialmente a
, mergulhada em água a
com
. Depois de atingirem o equilíbrio, ambas estão a
. Vamos calcular:
a) o calor liberado pelo metal;
b) a massa de água necessária;
c) a variação de entropia total;
d) se o processo é reversível.
a) o calor liberado pelo metal;
b) a massa de água necessária;
c) a variação de entropia total;
d) se o processo é reversível.
Passo 2
Para a barra metálica, o calor trocado é
com
e
. Logo,
Ou seja, a barra libera
.
Passo 3
Se toda essa energia é absorvida pela água, temos
com
e
. Então
Passo 4
Calculamos as variações de entropia usando
em Kelvin.
Para o metal:
Para a água:
Logo, a entropia total é
Passo 5
Como
, o processo é espontâneo e irreversível: ocorre transferência de calor entre corpos a temperaturas diferentes, gerando aumento de entropia.
Resposta
(a)
(libera 200 kJ).
(b) .
(c)
(d) O processo é irreversível, pois e há troca de calor entre corpos de temperaturas distintas.
(b)
(c)
(d) O processo é irreversível, pois