Enunciado
Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 7.Problemas - Ex. 66
Um bloco de ferro de 25 kg inicialmente a 350 °C é jogado em um tanque isolado que contém 100 kg de água a 18 °C. Considerando que a água que vaporiza durante o processo se condensa e permanece no tanque, determine a variação total de entropia desse processo.
Passo 1
Entendendo o problema:
Para este processo, o sistema é o tanque, que abriga a água e o bloco de ferro. Estes são postos em contato até que o equilíbrio térmico seja atingido. O tanque é devidamente isolado, de forma que não haja transferência de calor para o ambiente externo.
Trata-se de um processo envolvendo um sólido e um líquido, ambos substâncias incompressíveis. Ao atingir o equilíbrio térmico, o processo é estacionário. Não há massa saindo ou entrando no sistema, e por isso ele é fechado. Trocas de energia associadas à energia potencial e cinética são desprezíveis para esse caso. O balanço de energia é dado por:
(1)
O balanço de energia indica o seguinte: na ausência de outras formas de transferência de energia, a variação na energia interna do ferro provocada pela mudança de sua temperatura até a temperatura de equilíbrio é igual à variação de energia interna que a água sofre de sua temperatura inicial até a temperatura de equilíbrio. Os dados de calor específico da água e ferro são retirados da Tabela A-3 do livro:
- Água a
- Ferro :
Lembrando que num processo à volume constante, vale a relação 
, a equação (1) pode ser escrita como:
(2)
Passo 2
Calculando a temperatura de equilíbrio:
Usando a equação (2), resolvendo para temperatura de equilíbrio:
Passo 3
Calculando a variação de entropia do processo:
Para substâncias líquidos e sólidos, em que não há variação considerável de volume e por isso 
, a variação de entropia pode ser expressa por
(3)
Que integrada da temperatura inicial até a temperatura de equilíbrio torna-se:
(4)
Dessa forma, usando (4), os dados do enunciado e a temperatura de equilíbrio, as variações de entropia para o cobre e a água são:
E assim, a variação total de entropia do sistema é
O que confirma o princípio do aumento da entropia. A diminuição da entropia do cobre ao reduzir sua temperatura até o equilíbrio é compensada por um aumento maior da entropia da água, quando esta se aquece até atingir a temperatura de equilíbrio.
Resposta
Temperatura de equilíbrio : 
Variação de entropia do processo: 
Resposta
Ei, a resposta está no passo a passo :)