Um bloco de gelo de 15,0   k g a 0   ° C se liquefaz a 0   ° C dentro de uma sala grande com uma temperatura de 20   ° C . 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:

Q = m L f u s ã o

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:

∆ S = Q T

E a variação total fica:

∆ S t o t a l = Q T á g u a - Q T s a l a = m L f u s ã o T á g u a - m L f u s ã o T s a l a

O sinal é negativo porque a sala perde calor para o gelo derreter, e esses valores são iguais.

Substituindo os valores:

∆ S t o t a l = 15,0   k g 334 × 10 3   J / k g 273   K - 15,0   k g 334 × 10 3   J / k g 293   K

∆ S t o t a l = 1250   J / K

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.

Resposta

b   1250   J / K

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