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Exercícios Resolvidos de Variação da Entropia e Segunda Lei da Termodinâmica

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Enunciado

Um bloco de um certo material de massa m 1 à temperatura T 1 é colocado dentro de uma caixa isolada junto com um bloco a temperatura T 2 de massa m 2   =   m 1 / 2 . Sabendo que o calor específico do segundo bloco é o dobro do calor específico do primeiro, analise as seguintes afirmativas:

(I) A temperatura de equilíbrio do sistema é igual a ( T 1   +   T 2 ) / 2 . (II) A variação de energia interna do sistema é diferente de zero. (III) A variação de energia interna do sistema é nula. (IV) A entropia do sistema aumenta. (V) A entropia do sistema diminui.

São verdadeiras:

  1. I, III e IV
  2. I, II e V
  3. III e V
  4. II e V
  5. Apenas II
  6. Apenas I

Passo 1

Vamos analisar uma por uma:

I)

Basta a gente usar a conservação da energia:

Q t r a n s f e r i d o + Q r e c e b i d o = 0

m 1 c 1 T - T 1 + m 2 c 2 T - T 2 = 0

Como:

m 2 = m 1 2   e   c 2 = 2 c 1

Assim:

m 1 c 1 T - T 1 + m 1 2 2 c 1 T - T 2 = 0

m 1 c 1 T - T 1 + m 1 c 1 T - T 2 = 0 → T = T 1 + T 2 2

A afirmação é verdadeira.

Passo 2

II) O sistema é isolado, então, a energia interna continua a mesma, afinal de contas, ele é isolado, não é mesmo? Então a variação da energia interna é nula.

Assim, a afirmação é falsa.

Passo 3

III)

Verdade: Afinal de contas, a última afirmação foi dita como falsa.

IV)

Verdade: Uma transferência de calor é sempre um processo irreversível, assim, aumenta a entropia do universo.

V) Falsa: Como vimos, a entropia aumenta.

Resposta

a)

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