Enunciado

Um litro de água, inicialmente a 100 ° C , é totalmente vaporizado: (a) em contato com um reservatório térmico a 100 ° C ; (b) em contato com um reservatório térmico a 200 ° C . O calor latente de vaporização da água é de 539,6   c a l / g . Calcule a variação total de entropia do universo devida exclusivamente ao processo de vaporização, nos casos (a) e (b), e relacione os resultados com a reversbilidade ou não do processo.

Passo 1

Nos dois casos, a variação de entropia da água vaporizada é a mesma:

d s = d Q T

A água se mantém à temperatura constante de T = 100 ° C = 373   K , e o calor absorvido pela vaporização é sempre m L :

Δ S á g u a = Δ Q T = m L T

Sabendo que 1   l = 1000   g :

Δ S á g u a = 1000 539,6 373 = 1447 c a l K

Passo 2

A quantidade de calor que a água absorve é a mesma que o reservatório cede, e a temperatura de cada um sempre se mantém constante.

No caso (a) a variação de entropia do reservatório é:

Δ S r e s = - Δ Q T = - Δ S á g u a = - 1447 c a l K

E no caso (b) a única diferença é T = 200 ° C = 473   K :

Δ S r e s = - 1000 539,6 473 = - 1141 c a l K

Então, no primeiro caso, a variação total de entropia é:

Δ S A = 1447 - 1447 = 0

Δ S B = 1447 - 1141 = 306 c a l K

Passo 3

No caso (a), em que a entropia total permanece constante, o processo é reversível.

No caso (b), em que a entropia do universo aumenta, o processo é irreversível.

Resposta

As variações de entropia são Δ S A = 0 e Δ S B = 306   c a l / K . O primeiro processo é reversível e o segundo é irreversível.

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