Enunciado
Física - Young and Freedman - Vol 2- Ed: 12º - Capítulo 20.Exercício - Ex. 27
Um bloco de gelo de a se liquefaz a dentro de uma sala grande com uma temperatura de . Considere o gelo e a sala um sistema isolado, e suponha que a sala seja grande o bastante para que sua variação de temperatura possa ser desprezada. a) A liquefação do gelo é reversível ou irreversível? Explique, usando raciocínio físico simples e sem recorrer a nenhuma equação. b) Calcule a variação de entropia total do sistema durante esse processo. Comente se esse resultado é compatível ou não com a sua resposta à parte (a).
Passo 1
a) Para que o processo seja reversível a água deveria perder calor espontaneamente para a sala para congelar depois de ter atingido o equilíbrio térmico, mas isso seria impossível, então o processo é irreversível.
Passo 2
b) A quantidade de calor necessária para o gelo fundir é:
A variação de entropia total do sistema é a soma da variação de entropia da sala com a variação da água, como a temperatura não varia no processo de fusão, podemos escrever cada variação de entropia como:
E a variação total fica:
O sinal é negativo porque a sala perde calor para o gelo derreter, e esses valores são iguais.
Substituindo os valores:
E o resultado é consistente com a letra a) já que a variação de entropia para um processo irreversível deve ser sempre maior do que zero.