Um bloco de Cobre de 50 kg inicialmente a
é jogado em um tanque isolado que contém
de água a
. Determine a temperatura de equilíbrio e a variação total de entropia desse processo.
Passo 1
Beleza, então o enunciado é assim: um bloco de cobre de 50 kg, a 80 °C, cai num tanque isolado com 120 kg de água a 25 °C. A gente tem que descobrir (a) a temperatura de equilíbrio final e (b) a variação total de entropia desse processo.
Matéria: termodinâmica básica – calorimetria (conservação de energia) e definição de entropia.
O que vamos usar:
Matéria: termodinâmica básica – calorimetria (conservação de energia) e definição de entropia.
O que vamos usar:
- Capacidade térmica do cobre
- Capacidade térmica da água
- Conservação de energia num sistema isolado:
- Variação de entropia para calor específico constante:
Lembrando de passar todas as temperaturas pra Kelvin quando for calcular entropia.
Passo 2
Vamos achar a temperatura final
usando conservação de energia:
Isolando
:
Passo 3
Substituindo tudo (em °C porque na conservação de energia as diferenças de temperatura são as mesmas):
kg,
,
°C;
kg,
,
°C.
Passo 4
Agora a entropia. Cada parte varia segundo
, mas em Kelvin!
Convertemos:
K,
K,
K.
Convertemos:
Para o cobre:
Para a água:
Variação total:
Resposta
Temperatura de equilíbrio
.
Variação total de entropia
Variação total de entropia