Um bloco de cobre de 50,0 g cuja temperatura é 400 K é colocado em uma caixa isolante junto com um bloco idêntico de chumbo cuja temperatura é 200 K. (a) Qual é a temperatura de equilíbrio do sistema dos dois blocos? (b) Qual é a variação na energia interna do sistema entre o estado inicial e o estado de equilíbrio? © Qual é a variação na entropia do sistema?

Passo 1

Beleza, aqui o enunciado diz que a gente tem dois blocos de 50,0 g cada um – um de cobre a 400 K e outro de chumbo a 200 K – dentro de uma caixinha isolante (ou seja, não troca calor com o resto do mundo).
Conteúdo: calorimetria e entropia na termodinâmica.
O que vamos precisar:
  • Calor específico do cobre ( ) e do chumbo ( );
  • Fórmula do equilíbrio térmico (energia cedida = energia recebida);
  • Princípio de conservação de energia interna num sistema isolado ( );
  • Definição de variação de entropia para corpo com calor específico constante:
    .

Passo 2

Calcular a temperatura de equilíbrio m,crm Cu,(Trm eq-400) ;+; m,crm Pb,(Trm eq-200) ;=; 0 usando conservação de energia térmica:
Trm eq = m,crm Cu,400 + m,crm Pb,200m,(crm Cu+crm Pb)
Isolando Trm eq = 0,05cdot385cdot400 ;+;0,05cdot128cdot200 0,05,(385+128) approx 350,2 K :
Como ,

Passo 3

Variação da energia interna do sistema.
Num sistema isolado sem trabalho de borda vale De.
Ou seja, todo calor perdido por um bloco é ganho pelo outro, não sobra nem falta:

Passo 4

Variação total de entropia De é a soma das variações de cada bloco:
De
Substituindo valores:

Resposta

(a)
(b)
©

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