Mr. Yoso se serve de uma xícara de chá. O chá contém 500 gramas de água inicialmente a uma temperatura de
. Enquanto espera o chá esfriar, Mr. Yoso adormece. Quando ele acorda, o chá está na temperatura ambiente de
. A temperatura da sala quase não muda. Quanto aumentou a entropia do universo?
Passo 1
Vamos entender o que a questão está pedindo. O Sr. Yoso tem uma xícara de chá com 500 gramas de água a 100°C. Quando ele acorda, o chá esfria até 20°C, que é a temperatura da sala. Queremos saber quanto a entropia do universo aumentou nesse processo.
Matéria envolvida: Termodinâmica, especificamente o conceito de entropia relacionado à transferência de calor.
O que vamos precisar: Fórmulas para calcular a variação de entropia do chá (sistema) e do ambiente, e depois somar essas variações para encontrar o aumento total da entropia do universo.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular a variação de entropia do chá. A entropia mede a desordem de um sistema e, quando o chá esfria, a desordem do sistema diminui. A fórmula para a variação de entropia (
) quando há uma transferência de calor é:
Onde:
-
é a massa da água (500 g = 0,5 kg) -
é a capacidade térmica da água ( ) -
é a temperatura inicial em Kelvin -
é a temperatura final em Kelvin
Passo 3
Vamos converter as temperaturas de Celsius para Kelvin:
Agora, substituindo os valores na fórmula:
Passo 4
Calculando o logaritmo natural:
Agora, calculando
:
Isso significa que a entropia do chá diminuiu.
Passo 5
Agora, vamos calcular a variação de entropia do ambiente. Como o ambiente está a uma temperatura constante de 20°C (293,15 K), usamos a fórmula:
Primeiro, precisamos encontrar o calor
perdido pelo chá:
Passo 6
Agora, calculando
:
Isso significa que a entropia do ambiente aumentou.
Passo 7
Finalmente, somamos as variações de entropia do chá e do ambiente para encontrar o aumento total da entropia do universo:
Resposta
O aumento da entropia do universo foi de aproximadamente 65,5 J/K.
Exercícios relacionados
Um cubo de gelo de
é colocado num lago que está a
. Calcule a variação de entropia a) do cubo, b) lago e c) sistema e d) todo o conjunto devido ao cubo de gelo atingir o equilíbrio térmico com o lago. O calor específico do
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.
gelo é
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?
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e uma temperatura de
. Ele diminui rapidamente o volume para um litro adiabaticamente. Então, ele espera que o gás esfrie de volta para
neste volume de um litro. Finalmente, ele expande o pistão lentamente até 2 litros, de modo que a temperatura do gás permaneça constante em 300 K. Os três processos formam um ciclo. Desenho os processos em um diagrama PV. Calcule
e
para cada etapa do ciclo e para todo o ciclo.
Utilize a Propriedade dos Exponentes para reescrever e simplificar a expressão.
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