Um dispositivo cilindro-pistão sem atrito contém uma mistura saturada líquido-vapor de água a 100^circ C. Em um processo a pressão constante 600 KJ de calor são transferidos para a vizinhança que está a 25^circ C. Como resultado, parte do vapor contido no cilindro condensa. Determinar a variação de entropia da água. Determinar a geração total de entropia neste processo de transferência de calor.

Passo 1

Beleza, vamos entender o que está acontecendo aqui. Temos um cilindro-pistão sem atrito contendo uma mistura de água em fase líquida e vapor, tudo a 100°C. A pressão se mantém constante e 600 kJ de calor são transferidos para o ambiente, que está a 25°C. Com essa transferência de calor, parte do vapor no cilindro condensa. Nosso objetivo é descobrir duas coisas:
  1. Variação de entropia da água.
  2. Geração total de entropia nesse processo de transferência de calor.
Para resolver isso, vamos precisar usar conceitos de termodinâmica, especialmente relacionados à entropia e à segunda lei da termodinâmica.

Passo 2

Primeiro, vamos calcular a variação de entropia da água no sistema. Sabemos que a entropia é uma medida da desordem ou da energia dispersa no sistema.
A fórmula básica para a variação de entropia quando há transferência de calor a temperatura constante é:
De
Onde:
  • é a variação de entropia,
  • é o calor transferido,
  • é a temperatura absoluta em Kelvin.

Passo 3

Mas atenção! O calor T = 100 + 273,15 = 373,15, K é transferido do sistema para o ambiente, então De (pois está saindo do sistema). A temperatura do sistema é 100°C, que em Kelvin fica:
Agora, aplicando a fórmula:
á

Passo 4

Agora, vamos calcular a geração total de entropia no processo. De acordo com a segunda lei da termodinâmica, a entropia do universo sempre aumenta em processos espontâneos. Isso significa que a entropia gerada ( De) é a diferença entre a entropia final menos a inicial do sistema e da vizinhança.
Sabemos que a vizinhança está a 25°C, ou seja, 298,15 K. O calor transferido para ela é . A variação de entropia da vizinhança é:
çç

Passo 5

Agora, somamos as variações de entropia do sistema e da vizinhança para encontrar a geração total de entropia:
Deáç

Resposta

A variação de entropia da água é de aproximadamente e a geração total de entropia no processo de transferência de calor é de .

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