Quantidade de Calor, Segunda lei da Termodinâmica
Em um experimento do laboratório, um cilindro de de alumínio a é colocado em contato térmico com de água a dentro de um calorímetro (considere o calorímetro ideal, isto é, capacidade térmica nula e isolamento perfeito.)
Considere: ;
Qual é a temperatura de equilíbrio?
Quais são as variações de entropia do cilindro de alumínio, da água e do sistema alumínio-água?
Passo 1
Quando temos esse tipo de problema, envolvendo corpos em contato, devemos logo pensar em troca de calor! E quando se trata de um sistema isolado devemos ter em mente a conservação da energia!
Como queremos calcular a temperatura de equilíbrio do sistema, devemos sempre lembrar do cáculo do calor cedido ou recebido por um corpo. No nosso caso, teremos de acordo com a conservação da energia:
Passo 2
Vamos primeiro calcular :
Ou seja:
simplificando:
Passo 3
Vamos agora calcular :
Simplificando, temos:
Ahhh...sempre fique de olho para ver se está tudo com as mesma unidades!
Passo 4
Agora que já temos e , é só utilizar a fórmula da conservação da energia!
Isolando , temos:
Ahh..como o nosso calor específico foi dado em , obtivemos a temperatura em graus Celsius!
Passo 5
Agora precisamos calcular a variação da entropia. Para isso vamos recordar da definição de entropia:
Sabendo que:
Temos para a entropia:
Passo 6
Agora que temos a entropia em termos de valores conhecidos, podemos achar a variação da entropia para cada um dos componentes, começando pelo cilindro de alumínio:
Passo 7
Agora vamos calcular a variação de entropia da água, do mesmo modo que calculamos a do alumínio:
Passo 8
Para o sistema alumínuo-água, temos:
Resposta