Um mol de um gás ideal se expande isotérmica e irreversivelmente contra a pressão atmosférica. Sendo o volume inicial, o volume final, e a temperatura do gás, calcule a variação de entropia do sistema, do exterior e do universo.

Passo 1

Primeiro, vamos entender o que a questão está nos pedindo. Temos um mol de um gás ideal que se expande de forma isotérmica (temperatura constante) e irreversível contra a pressão atmosférica. Queremos calcular a variação de entropia do sistema (gás), do exterior (ambiente) e do universo. Para resolver isso, vamos precisar usar conceitos de termodinâmica, especialmente relacionados à entropia em processos isotérmicos.

Passo 2

Vamos começar calculando a variação de entropia do sistema. Para um processo isotérmico de um gás ideal, a variação de entropia ( ) pode ser calculada usando a fórmula:
Aqui, é o número de mols, é a constante dos gases ideais, é o volume inicial e é o volume final.

Passo 3

Agora, vamos calcular a variação de entropia do ambiente ( ). Como a expansão é irreversível e isotérmica, a troca de calor com o ambiente ( ) está relacionada ao trabalho realizado pelo gás. O trabalho ( ) em uma expansão contra pressão atmosférica constante ( ) é dado por:
Como o processo é isotérmico para um gás ideal, a energia interna não muda, e portanto, o calor trocado é igual ao trabalho realizado:
A variação de entropia do ambiente é então:
O sinal negativo indica que o ambiente perde calor.

Passo 4

Por fim, vamos calcular a variação de entropia do universo ( ). A entropia do universo é a soma das entropias do sistema e do ambiente:
Substituindo as expressões que encontramos:

Resposta

A variação de entropia do sistema é , a variação de entropia do ambiente é , e a variação de entropia do universo é .

Exercícios relacionados

Ache a expressão da variação de entropia ao longo de uma isobárica entre as temperaturas e de um corpo cuja capacidade térmica a pressão constante varia de acordo com .

Exercício 8

Em alguns dispositivos de medição elétrica, o movimento do mecanismo do ponteiro é amortecido ao girar um disco circular (com o ponteiro) em um recipiente de óleo, dessa forma, rotações inadequadas são amortecidas. Qual é o torque de amortecimento para se o óleo tiver uma viscosidade de ? Desprezar efeitos de extremidade da rotação do disco.
Resposta: N.m
Qual deve ser a espessura de isolamento para que uma parede de transporte 20 W e mantenha uma diferença de temperatura de ? As superfícies interna e externa da parede estão em contato com ar cujo coeficiente de convecção é igual a .
Escolha uma opção:
a.
75 mm
b.
Nenhuma das alternativas
c.
50 mm
d.
100 mm
e.
25 mm
1-Você deve trocar o isolamento térmico da parede externa de um dormitório, de modo a garantir uma diferença de temperatura de, no mínimo, entre o meio externo (mais quente) e o meio interno (mais frio) e têm três opções possíveis:
  • Possibilidade 1: Isolar com uma placa de 20 mm usando um material com ;
  • Possibilidade 2: Isolar com uma placa de 15 mm usando um material com ;
  • Possibilidade 3: Isolar com duas placas (placas compostas) sendo a placa externa de 5 mm usando o mesmo material da possibilidade 1 e a outra placa (a placa interna) também com 5 mm mas com o material da possibilidade 2 .
    Você pode ainda introduzir um ventilador do lado interno, aumentando o valor de de 2 para .K. Qual a alternativa que causa o menor fluxo de calor através da parede? A área da parede é igual a e .
    Escolha uma opção:
    a.
    Possibilidade 3 sem ventilador
    b.
    Possibilidade 1 sem ventilador
    c.
    Possibilidade 2 sem ventilador
    d.
    Possibilidade 1 com ventilador
    e.
    Possibilidade 2 com ventilador
    f.
    Possibilidade 3 com ventilador