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Uma pedra de massa cujo calor específico é encontra-se inicialmente a uma temperatura . A pedra é colocada dentro de um calorímetro (de paredes adiabáticas e fixas) com capacidade térmica contendo uma quantidade de água de massa cujo calor específico é . A água e o calorímetro encontram-se inicialmente à temperatura tal que
. Após algum tempo, a pedra, a água e o calorímetro atingem o equilíbrio termodinâmico numa temperatura .Despreze as variações de e com a temperatura.
- Calcule o calor RECEBIDO por cada um dos 3 corpos.
- Determine como função de , , , , , e .
- Calcule a variação de entropia para cada um dos 3 corpos, DESCREVENDO OS PROCESSOS TERMODINÂMICOS ENVOLVIDOS NOS CÁLCULOS. Calcule a variação de entropia do sistema isolado formado por pedra+calorímetro+água. Esta variação de entropia deve ser maior, menor ou igual a zero? JUSTIFIQUE.
Passo 1
a)
Aqui basta a gente aplicar a equação do calor para cada um dos corpos:
Lembrando que a capacidade térmica é medida por:
Assim:
Passo 2
b)
Bom, como a energia se conserva, o calor perdido por uma parte do sistema tem que ser ganho por outra parte do mesmo. Assim, podemos dizer que a soma das trocas de calores é nula:
Isolando
Passo 3
c)
Vamos calcular primeiro para cada corpo. Vamos usar a expressão:
Água:
Devemos considerar que houve um esfriamento lento que levou a água de até . Além disso, consideramos que não houve variação de nem de no processo.
Calorímetro:
Devemos fazer as mesmas considerações que fizemos pro processo da água.
Pedra:
A variação de entropia do Universo, então, deve ser a soma de todas as variações:
Como a transferência de calor é um processo irreversível, o valor acima precisa ser maior que zero:
Resposta
a)
b)
c)