Exercícios Resolvidos de Variação da Entropia e Segunda Lei da Termodinâmica

PUCRIO, Física 2- FIS1041, P3 - 2012.1, Questão 1° Questão de

I I

Em um experimento do laboratório, um cilindro de 300   g de alumínio a 100   ° C é colocado em contato térmico com 100   g de água a 20 ° C dentro de um calorímetro (considere o calorímetro ideal, isto é, capacidade térmica nula e isolamento perfeito.)

Considere: c a l = 0,22   c a l   / g . ; c á g u a = 1,0   c a l   / g .  

d ) Qual é a temperatura de equilíbrio?

e ) Quais são as variações de entropia do cilindro de alumínio, da água e do sistema alumínio-água?

Passo 1

Quando temos esse tipo de problema, envolvendo corpos em contato, devemos logo pensar em troca de calor! E quando se trata de um sistema isolado devemos ter em mente a conservação da energia!

a )

Como queremos calcular a temperatura de equilíbrio do sistema, devemos sempre lembrar do cáculo do calor cedido ou recebido por um corpo. No nosso caso, teremos de acordo com a conservação da energia:

Q a l + Q á g u a = 0

MOSTRAR SOLUÇÃO COMPLETA

Passo 2

Vamos primeiro calcular Q a l :

Q = m .   c .   Δ T = m .   c .   ( T f - T i )

Ou seja:

Q a l = 300 .   0,22 .   ( T f - 100 )

simplificando:

Q a l = 66 T - 6600

Passo 3

Vamos agora calcular Q á g u a :

Q á g u a = 100 .   1,0   .   ( T - 20 )

Simplificando, temos:

Q á g u a = 100 T - 2000

Ahhh...sempre fique de olho para ver se está tudo com as mesma unidades!

Passo 4

Agora que já temos Q a l e Q á g u a , é só utilizar a fórmula da conservação da energia!

Q a l + Q á g u a = 0

66 T - 6600 + 100 T - 2000 = 0

Isolando T , temos:

166 T = 8600

T = 51,8  

Ahh..como o nosso calor específico foi dado em c a l   / g .   , obtivemos a temperatura em graus Celsius!

Passo 5

b )

Agora precisamos calcular a variação da entropia. Para isso vamos recordar da definição de entropia:

Δ S =   Q i Q f d Q T

Sabendo que:

Q = m . c . Δ T

d Q = m . c . d T

Temos para a entropia:

Δ S = m .   c .   T i T f d T T

Δ S = m . c   . ln T f T i

Passo 6

Agora que temos a entropia em termos de valores conhecidos, podemos achar a variação da entropia para cada um dos componentes, começando pelo cilindro de alumínio:

Δ S a l = m .   c a l .   ln T f T i

Δ S a l = 300 .   0,22   . ln 51,8 100

Δ S a l = - 43,4   c a l /

Passo 7

Agora vamos calcular a variação de entropia da água, do mesmo modo que calculamos a do alumínio:

Δ S á g u a = 100 .   1,0 . ln 51,8 20

Δ S á g u a = 95,2   c a l /

Passo 8

Para o sistema alumínuo-água, temos:

Δ S s i s t e m a = Δ S a l + Δ S á g u a

Δ S s i t e m a = - 43,4 + 95,2

Δ S s i s t e m a = 51,8   c a l /

Resposta

d )   T = 51,8  

e )   Δ S a l = - 43,4   c a l / Δ S á g u a = 95,1   c a l / Δ S s i s t e m a = 51,8   c a l /

Esse conteúdo é exclusivo para cadastrados.

Cadastre-se grátis no maior portal de exatas do Brasil!

Relaxa, não vamos publicar nada no seu nome.

  • Resumões direto ao ponto
    Resumões
    direto ao ponto
  • Exercícios resolvidos passo a passo
    Exercícios resolvidos
    passo a passo
  • Videoaulas incríveis
    Videoaulas
    incríveis
  • Aulões Salva-Vidas
    Aulões
    Salva-Vidas