Um bloco de cobre de massa igual a 1000 g , a , dissipa calor para o ar atmosférico até atingir o equilíbrio térmico. Sabendo que a temperatura do ar é de , determinar a variação de entropia no processo. Considere que o ar atmosférico atua como um reservatório térmico de temperatura constante e que absorve calor do bloco de cobre reversivelmente. Dado para o cobre: .
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A questão fala sobre um bloco de cobre que está quente e perde calor para o ar até ficar na mesma temperatura. A matéria que vamos usar aqui é termodinâmica, especificamente o conceito de entropia. Para resolver, vamos precisar entender como calcular a variação de entropia quando o cobre esfria e o ar aquece, considerando que o ar está como um reservatório térmico de temperatura constante.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar as informações que temos:
Massa do cobre,
Temperatura inicial do cobre,
Temperatura final do cobre e do ar,
Calor específico do cobre,
Temperatura do ar,
Vamos começar convertendo as temperaturas para Kelvin, já que nas fórmulas de termodinâmica usamos Kelvin.
Passo 3
Converter Celsius para Kelvin:
Passo 4
Vamos calcular a quantidade de calor que o cobre perde ao esfriar. A fórmula para isso é:
Onde:
é o calor transferido,
é a massa,
é o calor específico,
é a variação de temperatura.
Passo 5
Calculando :
(O sinal negativo indica que o cobre está perdendo calor.)
Passo 6
Agora, substituímos na fórmula do calor:
Esse valor negativo mostra que o cobre está cedendo 28.800 J de calor para o ar.
Passo 7
Para encontrar a variação de entropia, usamos a fórmula:
Aqui, o ar é o reservatório térmico a temperatura constante e absorve o calor .
Passo 8
Substituindo os valores na fórmula:
Resposta
A variação de entropia no processo é aproximadamente .