É possível remover energia, na forma de calor, de água à temperatura de congelamento (
à pressão atmosférica), ou mesmo abaixo dessa temperatura, sem que a água congele; quando isso acontece, dizemos que a água está super-resfriada. Suponha que uma gota d’água de
seja super-resfriada até que a temperatura seja a mesma do ar nas vizinhanças,
. Em seguida, a gota congela bruscamente, transferindo energia para o ar na forma de calor. Qual é a variação da entropia da gota?
Passo 1
O enunciado trata de uma gota d’água super-resfriada a
(ou seja, em estado líquido a essa temperatura) que congela bruscamente, liberando calor para o ar. Queremos calcular a variação de entropia
da gota durante essa transformação. Para isso, adotamos um caminho termodinamicamente reversível e dividimos o processo em três etapas:
) aquecimento reversível do líquido de
até
,
) fusão reversível (na verdade solidificação) a
,
) resfriamento reversível do gelo de
até
.
Passo 2
Escrevemos as propriedades da substância e as temperaturas em kelvin:
Passo 3
A variação de entropia ao aquecer o líquido de
até
é
Passo 4
A variação de entropia durante a solidificação reversível a
é
Passo 5
A variação de entropia ao resfriar o gelo de
até
é
Passo 6
Somando as três contribuições para obter a variação total de entropia da gota:
Numericamente,