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
Resposta:
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
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 dede 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