Em um recipiente de paredes diatérmicas (permite a troca de calor) e de capacidade térmica desprezível, são colocados 400 g de gelo a 0^circ C e 680 g de água a 18^circ C. Em seguida, o recipiente é colocado em contato com um reservatório térmico a uma temperatura de 93^circ C, 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.

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.

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.

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
ΔStot = ΔSsist + ΔSres = Ql(1Tsist,média - 1Tresr) > 0é
Qualquer fluxo de calor por diferença finita de temperatura gera ΔS_tot > 0, ou seja, processo irreversível.

Resposta

2

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