Um cubo de gelo de
a
é colocado em um lago cuja temperatura é
. Em relação a esta situação, responda os ítens a seguir:
a) Quanto vale o calor cedido do lago para o gelo, até que estes atinjam o equilíbrio térmico?
b) Qual a variação de entropia do lago?
c) Qual a variação de entropia do gelo?
d) Este processo é reversível? Justifique.
a) Quanto vale o calor cedido do lago para o gelo, até que estes atinjam o equilíbrio térmico?
b) Qual a variação de entropia do lago?
c) Qual a variação de entropia do gelo?
d) Este processo é reversível? Justifique.
Passo 1
O enunciado dá um cubo de gelo de massa
inicialmente a
colocado em contato com um lago a
. Em equilíbrio o gelo derrete e aquece até
. O conteúdo é transferência de calor e variação de entropia em processos à temperatura constante ou variável. Vamos precisar de: calor específico do gelo
, calor específico da água
e calor latente de fusão
.
Passo 2
Calculemos o calor absorvido pelo gelo em três etapas:
. Aquecimento de
a
:
O total absorvido pelo gelo é
Como esse calor vem do lago, o calor cedido pelo lago é
Passo 3
A variação de entropia do lago, que permanece a temperatura constante
, é
Passo 4
A variação de entropia do gelo resulta da soma de três contribuições reversíveis:
. Aquecimento do sólido de
a
:
Logo,
Passo 5
O balanço total de entropia do universo é
Como a entropia total aumenta, o processo é espontâneo e irreversível.
Resposta
a)
\nb)
\nc)
\nd) Não. O processo é irreversível, pois
.