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Enunciado

Física - Young and Freedman - Vol 2- Ed: 12º - Capítulo 20.Problemas - Ex. 62

Para aquecer uma xícara de água ( 250   c m 3 ) para fazer café, você coloca um resistor de aquecimento dentro da água. Enquanto a temperatura da água aumenta de 20   ℃ até 65 ℃ , a temperatura do resistor de aquecimento mantém-se constante e igual a 120   ℃ . Calcule a variação de entropia a) da água; b) do resistir de aquecimento; c) do sistema constituído pela água mais o resistor. (Adote as mesmas hipóteses do Exemplo 20.10 (Seção 20.7) sobre o calor especifico da água e despreze o calor que flui para a xícara de cerâmica.) d) Esse processo é reversível? Explique.

Passo 1

Bom galera, aqui, ese a expressão derivada no Exemplo 20.6 para a mudança de entropia em uma mudança de temperatura.

Para a água: c = 4190 J k g ⋅ K .

Fazendo algumas conversões, temos que: 20 ℃ = 293,1 K 65 ℃ = 338,15 K 120 ℃ = 393,15 K .

Passo 2

  1. Logo, a variação da entropia da água é de:

    2. ∆ S = m c ln ⁡ T 2 T 1 = 250 × 10 - 3   k g 4190 J k g ⋅ K ln ⁡ 338,15 K 293,15 K = 150   J / K

    Passo 3

  2. Agora, a variação do resistir de aquecimento:

    3. ∆ S = - m c ∆ T T e l e m e n t o = - 250 × 10 - 3   k g 4190 J k g ⋅ K 338,14 K - 293,15 K 393,15 K = - 120   J / K

    Passo 4

  3. A soma do resultado das partes (a) e (b) é

    4. ∆ S s i s t e m a = 30   J / K

    Passo 5

  4. Aquecer um líquido não é reversível. Qualquer que seja a fonte de energia para o elemento de aquecimento, o calor está sendo entregue a uma temperatura mais alta que a da água, e a perda de entropia da fonte será menor em magnitude do que o ganho de entropia da água. A variação da entropia total a é positiva.

Resposta

  1. ∆ S = 150   J / K
  2. ∆ S = - 120   J / K
  3. ∆ S s i s t e m a = 30   J / K
  4. Não
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