Pergunta:
Um quilograma de gelo é retirado de um congelador a -15 °C e aquecido até transformar-se completamente em vapor a 100 °C. Durante esse processo, o sistema passa pelas seguintes etapas: aquecimento do gelo até 0°C, fusão do gelo para formar água líquida, aquecimento da água de 0 °C a 100 °C, e finalmente a vaporização da água para formar vapor. Considerando o calor específico do gelo de 0,5 cal/g °C, o calor latente de fusão do gelo de 79,6 cal/g, o calor específico da água líquida de 1,0 cal/g °C, e o calor latente de vaporização da água de 539,6 cal/g, calcule a variação total de entropia do sistema para este processo.
Para calcular a variação total de entropia do sistema, é necessário somar as variações de entropia em cada etapa. A variação de entropia em cada etapa pode ser calculada usando a fórmula ΔS = Q/T, onde ΔS é a variação de entropia, Q é o calor fornecido ou liberado e T é a temperatura em Kelvin.
1) Aquecimento do gelo até 0 °C:
ΔS1 = (massa do gelo) * (calor específico do gelo) * (temperatura final – temperatura inicial) / (temperatura final em Kelvin)
ΔS1 = (1000 g) * (0,5 cal/g °C) * (0 °C – (-15 °C)) / 273 K = 65/273 cal/K
2) Fusão do gelo para formar água líquida:
ΔS2 = (massa do gelo) * (calor latente de fusão do gelo) / (temperatura de fusão em Kelvin)
ΔS2 = (1000 g) * (79,6 cal/g) / 273 K = 291,9/273 cal/K
3) Aquecimento da água de 0 °C a 100 °C:
ΔS3 = (massa da água líquida) * (calor específico da água líquida) * (temperatura final – temperatura inicial) / (temperatura final em Kelvin)
ΔS3 = (1000 g) * (1,0 cal/g °C) * (100 °C – 0 °C) / 373 K = 100/373 cal/K
4) Vaporização da água para formar vapor:
ΔS4 = (massa da água líquida) * (calor latente de vaporização da água) / (temperatura de vaporização em Kelvin)
ΔS4 = (1000 g) * (539,6 cal/g) / 373 K = 1447,2/373 cal/K
A variação total de entropia é a soma das variações de entropia em cada etapa:
ΔS_total = ΔS1 + ΔS2 + ΔS3 + ΔS4
ΔS_total = (65/273) + (291,9/273) + (100/373) + (1447,2/373) cal/K
O valor numérico dessa soma é a resposta para a variação total de entropia do sistema.
Guilherme
Desenvolvedor Full Stack com formação em Análise e Desenvolvimento de Sistemas (ADS). Especialista em tecnologia e SEO, dedicando a transformar informações complexas em guias práticos e acessíveis no portal Toda Matéria.
