Exercício 2.
Determine a variação de entropia ( \mathrm{em} \mathrm{J} / \mathrm{K} ) de 12 g de gelo a 0^{\circ} \mathrm{C} que derrete, em contato com um reservatório térmico de temperatura ligeiramente superior.

Passo 1

O enunciado pede a variação de entropia de \,12\;\mathrm{g} de gelo a 0^\circ\mathrm{C} que derrete de forma reversível em contato com um reservatório a praticamente a mesma temperatura. O conteúdo físico aqui é termodinâmica — processo isoterma de mudança de fase — e vamos usar a definição de entropia para um processo reversível:
\Delta S = \frac{Q_{\mathrm{rev}}}{T}\,.

Passo 2

Para derreter gelo à temperatura constante de 0^\circ\mathrm{C} (isto é, T = 273{,}15\;\mathrm{K}), o calor absorvido por massa m é fornecido pela entalpia de fusão:
Q_{\mathrm{rev}} = m\,L_f
onde L_f é o calor latente de fusão do gelo.

Passo 3

Adotando o valor típico
L_f = 3{,}34\times10^{5}\;\mathrm{J/kg},
e convertendo m = 12\;\mathrm{g} = 0{,}012\;\mathrm{kg}, temos
Q_{\mathrm{rev}} = 0{,}012\;\mathrm{kg} \times 3{,}34\times10^{5}\;\mathrm{J/kg} = 4{,}008\;\times10^{3}\;\mathrm{J}.

Passo 4

Aplicando \displaystyle \Delta S = \frac{Q_{\mathrm{rev}}}{T} em \displaystyle T = 273{,}15\;\mathrm{K},
\Delta S = \frac{4{,}008\times10^{3}\;\mathrm{J}}{273{,}15\;\mathrm{K}} \approx 14{,}7\;\mathrm{J/K}.

Resposta

\displaystyle \Delta S \approx 14{,}7\;\mathrm{J/K}.

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