Segunda Lei da Termodinâmica
- Calcule a massa de vapor d’água a que precisa ser misturada com de gelo a , para produzir água a .
- Calcule a variação de entropia total do sistema durante esse processo.
- Esse processo é reversível ou irreversível. Baseando-se na 2ª Lei da Termodinâmica, comente se isso está de acordo com sua resposta do item (b).
Passo 1
Se considerarmos o sistema isolado, o calor total transferido tem que ser igual a zero, ou seja, o calor perdido pelo vapor deve ser igual ao calor ganho pelo gelo.
Logo:
O calor ganho pelo gelo é do tipo latente e do tipo sensível, pois o gelo primeiro recebe calor pra se fundir e depois, já como água, recebe calor pra atingir a temperatura de .Assim:
Logo:
E o calor do vapor será:
Então, usando a conservação da energia, temos que:
Passo 2
b):
Vamos calcular cada variação de entropia individual:
Para o gelo:
Temos a variação d entropia da transferência de calor da liquefação do gelo:
Mas essa temperatura precisa estar em Kelvins. Sendo , temos que :
Logo:
E temos também a da variação de calor sensível:
Bom, a temperatura final é a temperatura de equilíbrio, em Kelvins, e a inicial a temperatura da fusão, , em Kelvins. Logo:
E para o vapor:
Temos a variação de entropia da liquefação:
Sendo :
E o calor:
Logo:
E a variação de calor sensível dessa massa de água que antes era vapor:
A variação total de entropia será a soma de todas as variações:
Passo 3
c):
O processo é irreversível.
Uma variação negativa de entropia contradiz a 2ᵃ Lei da Termodinâmica. Porém, certamente há uma variação de entropia no ambiente que não foi considerada no cálculo. Quando considerada, encontraríamos um , o que representa um processo irreversível.
Processo reversível.
Processo irreversível.
Resposta
a):
b):
c):
Processo reversível pois a variação de entropia é zero..