Enunciado
Física - Fundamentos de Física Volume 2 - Gravitação, Ondas e Termodinâmica - 8ª Edição - David Halliday, Jearl Walker e Robert Resnick- Ed: 8º - Capítulo 20.3 - Ex. 18
Um cubo de gelo de a é colocado em uma garrafa térmica com de água a . De quanto varia a entropia do sistema cubo-água até o equilíbrio ser alcançado? O calor específico do gelo é .
Passo 1
A primeira coisa que precisamos fazer é encontrar a temperatura de equilíbrio desse sistema.
Temos que considerar (1) o aquecimento do gelo até , (2) A fusão do gelo, (3) O aquecimento da água líquida resultante até a temperatura de equilíbrio e (4) o resfriamento da água original até a temperatura de equilíbrio.
Sabendo que de água equivalem a , vamos lembrar que a soma de todos os calores trocados deve ser igual a zero:
Resolvendo cada um dos termos:
E substituindo na equação:
Passo 2
Agora podemos calcular a variação de entropia nesse processo. Novamente vamos ter que considerar cada uma daquelas três etapas. Sendo que nas mudanças de temperatura, a fórmula para a variação é essa:
E no processo de fusão do gelo, que é um processo isotérmico, a fórmula é:
Então teremos:
E substituindo aqueles mesmo valores de antes, nós encontramos:
Resposta
A variação de entropia do sistema é .