Em um recipiente de paredes diatérmicas (permite a troca de calor) e de capacidade térmica desprezível, são colocados 400 g de gelo a
e 680 g de água a
. Em seguida, o recipiente é colocado em contato com um reservatório térmico a uma temperatura de
, até que o recipiente (mais o seu conteúdo) atinja o equilibrio térmico.
Atenção! Para esta questão, utilize o ponto (.) como separador decimal.
Responda 1 se o processo for reversível e 2 se for irreversível.
Responda 1 se o processo for reversível e 2 se for irreversível.
Passo 1
Beleza, vamos lá. A questão é de Termodinâmica (segunda lei, processo reversível vs. irreversível).
Enunciado resumido: temos um recipiente diatérmico (troca calor) e de capacidade térmica desprezível com 400 g de gelo a 0 °C e 680 g de água a 18 °C. Depois colocamos tudo em contato com um reservatório a 93 °C até atingirem equilíbrio térmico. Precisamos responder 1 se o processo for reversível, ou 2 se for irreversível.
Enunciado resumido: temos um recipiente diatérmico (troca calor) e de capacidade térmica desprezível com 400 g de gelo a 0 °C e 680 g de água a 18 °C. Depois colocamos tudo em contato com um reservatório a 93 °C até atingirem equilíbrio térmico. Precisamos responder 1 se o processo for reversível, ou 2 se for irreversível.
Passo 2
O que é um processo reversível?
– Para ser reversível, toda troca de calor deve acontecer de modo infinitesimal, ou seja, o sistema e o entorno devem estar praticamente à mesma temperatura em cada passo. Assim não há gradientes finitos de temperatura e não se gera entropia interna.
Neste exercício, o sistema (mistura gelo+água, entre 0 e 18 °C) fica em contato direto com um reservatório a 93 °C. A diferença de temperatura é bem grande e finita – logo o calor flui “de uma vez” do reservatório para o sistema. Isso caracteriza irreversibilidade.
– Para ser reversível, toda troca de calor deve acontecer de modo infinitesimal, ou seja, o sistema e o entorno devem estar praticamente à mesma temperatura em cada passo. Assim não há gradientes finitos de temperatura e não se gera entropia interna.
Neste exercício, o sistema (mistura gelo+água, entre 0 e 18 °C) fica em contato direto com um reservatório a 93 °C. A diferença de temperatura é bem grande e finita – logo o calor flui “de uma vez” do reservatório para o sistema. Isso caracteriza irreversibilidade.
Passo 3
Podemos reforçar com entropia:
– ΔS_sist = ∫dQ/T_sist (como T_sist varia de ~0–93 °C, 1/T_sist é maior que 1/T_res)
– ΔS_res = –Q/T_res
Então a entropia total gerada é
– ΔS_sist = ∫dQ/T_sist (como T_sist varia de ~0–93 °C, 1/T_sist é maior que 1/T_res)
– ΔS_res = –Q/T_res
Então a entropia total gerada é
Qualquer fluxo de calor por diferença finita de temperatura gera ΔS_tot > 0, ou seja, processo irreversível.
Resposta
2