Enunciado
Física - Fundamentos de Física Volume 2 - Gravitação, Ondas e Termodinâmica - 10ª Edição - David Halliday, Jearl Walker e Robert Resnick- Ed: 10º - Capítulo 20.1 - Ex. 13
No processo irreversível da figura , as temperaturas iniciais dos blocos iguais e são e , respectivamente, e é a energia que deve ser transferida de um bloco a outra para que o equilíbrio seja atingido. Para os processos reversíveis da figura , quanto é (a) para o bloco (b) para sua fonte de calor, (c) para o bloco , (d) para sua fonte de calor, (e) para o sistema dos dois blocos e (f) para o sistema dos dois blocos e as duas fontes de calor?
Figura 1 Figura 2
Passo 1
Bom, vamos começar calculando as variáveis mais importantes, e que serão necessárias para calcular a variação de entropia.
Em ambos os casos, como os dois blocos são iguais (mesma massa e calor específico), a temperatura de equilíbrio entre os dois vai ser simplesmente a média das temperaturas iniciais:
Além disso, podemos descobrir as massas dos dois blocos (são iguais) a partir da quantidade de calor que foi necessária para atingir essa temperatura:
Como essa questão faz referência a um exemplo que é dado no livro, vamos usar o calor específico que é dado nesse exemplo:
Ok, vamos em frente.
Passo 2
(a) A variação da entropia no bloco vai seguir a seguinte fórmula:
Passo 3
(b) Como o processo é reversível (e por isso bastante lento) a fonte de calor da figura vai estar praticamente na mesma temperatura que o bloco em todos os momentos.
Além disso, o calor fornecido pelo bloco é igual ao calor recebido pela fonte. Então a relação entre as variações de entropia será:
Passo 4
(c) No caso do bloco , podemos usar a mesma lógica que usamos para o bloco :
Passo 5
(d) E para a fonte de calor que opera sobre o bloco , podemos simplesmente fazer a mesma coisa que fizemos na letra (b):
Passo 6
(e) A variação de entropia para o sistema dos dois blocos é simplesmente a soma das variações de entropia de cada um:
Passo 7
(f) O sistema de dois blocos e as duas fontes é a soma de todas as variações que calculamos:
A variação de entropia é nula! O que nem precisávamos ter calculado, já que o processo é reversível, e por isso sempre terá variação de entropia igual a zero. Mas é sempre bom garantir.
Resposta
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f) .