Numa experiência de calores específicos, 200 g de alumínio (
) a
se misturam com
de água a
. (a) Ache a temperatura de equilíbrio. Encontre a variação de entropia (b) do alumínio e (c) da água. (d) Calcule a variação de entropia do sistema. Esse processo é reversível ou irreversível? Justifique.
Passo 1
O enunciado descreve uma mistura térmica entre alumínio e água, onde há troca de calor até se atingir a temperatura de equilíbrio. O conteúdo que precisamos é calorimetria (balanço de energia) e termodinâmica (variação de entropia para capacidade térmica constante). Vamos usar as fórmulas:
– Balanço de calor: energia perdida por um = energia ganha pelo outro.
– Variação de entropia de um corpo com capacidade térmica constante:
– Balanço de calor: energia perdida por um = energia ganha pelo outro.
– Variação de entropia de um corpo com capacidade térmica
sempre usando temperaturas em kelvin.
Passo 2
Calcular a temperatura de equilíbrio
resolvendo o balanço de energia:
Substituindo
,
,
,
,
e
, temos
Isto é
Passo 3
Calcular a variação de entropia do alumínio. Convertendo para kelvin
,
:
Passo 4
Calcular a variação de entropia da água. Convertendo
,
:
Passo 5
A variação de entropia total do sistema é a soma:
Como
, o processo é irreversível.
Resposta
(a)
.
(b)
(c)
(d) Processo irreversível, pois
.
(b)
(c)
(d)