Questão 3 ( 2,0 pontos) Uma garrafa térmica isolada contém 180 g de água a
. Um cubo de gelo de
é introduzido na garrafa térmica, formando um sistema “gelo + água original”.
a) Calcule a temperatura de equilíbrio do sistema.
b) Calcule a variação total de entropia do sistema “gelo + água original” ao atingir a temperatura de equilíbrio.
Dados: calor latente de fusão do gelo
; calor específico da água
.
a) Calcule a temperatura de equilíbrio do sistema.
b) Calcule a variação total de entropia do sistema “gelo + água original” ao atingir a temperatura de equilíbrio.
Dados: calor latente de fusão do gelo
Passo 1
O enunciado descreve uma garrafa térmica isolada com
de água a
e um cubo de gelo de
a
. Pede-se em (a) a temperatura de equilíbrio
do sistema e em (b) a variação total de entropia
. Para isso vamos usar conservação de energia (calorimetria) e a definição de entropia para processos reversíveis.
Passo 2
Equilíbrio térmico: o calor cedido pela água quente é absorvido pelo gelo para fundir e depois aquecer a água resultante até
. Em joules, escrevemos
Passo 3
Substituindo
,
,
e
:
Isto é,
Passo 4
Para a entropia total calculamos
sendo
Passo 5
Calculando cada termo com
e
:
Somando,