Dentro de um recipiente fechado e termicamente isolado, junta-se 100 g de água a
com um bloco de 500 g de um metal a
. No equilíbrio, percebe-se que há 80 g de água no estado líquido.
a) Determine a temperatura de equilíbrio do sistema.
b) Determine o calor específico do metal em questão.
c) Qual é a variação total de entropia do sistema?
a) Determine a temperatura de equilíbrio do sistema.
b) Determine o calor específico do metal em questão.
c) Qual é a variação total de entropia do sistema?
Passo 1
O enunciado mistura
,g de água a
com um bloco de
,g de um metal a
num recipiente adiabático. No equilíbrio sobra
,g de água líquida e, portanto,
,g de água vaporizaram. Vamos usar:
– Capacidade térmica da água líquida ,cal/(
)
– Calor latente de vaporização ,cal/g
– Conservação de energia
– Cálculo de entropia via
– Capacidade térmica da água líquida
– Calor latente de vaporização
– Conservação de energia
– Cálculo de entropia via
Passo 2
Como há vapor e líquido coexistindo em equilíbrio à pressão ambiente, a temperatura de equilíbrio é exatamente o ponto de ebulição da água:
Passo 3
Aplicamos conservação de energia (calor perdido pelo metal = calor ganho pela água):
Passo 4
Substituindo
na equação de energia:
Passo 5
Calculamos as variações de entropia de cada parte, usando temperatura em Kelvin
,K e
,K):
- Água líquida aquecida de 323 K a 373 K (massa
g):
- Vaporização de
g de água a K:
- Metal resfriando de 473 K a 373 K (massa
g e :
Passo 6
Somando as três contribuições:
Resposta
(a)
(b)
(c)
(b)
(c)