Em um experimento isolado, duas amostras de ar (assuma Cv=718 J/kg·K para ambos) estão separadas por uma…

Questão

Em um experimento isolado, duas amostras de ar (assuma Cv=718 J/kg·K para ambos) estão separadas por uma barreira. Antes de remover a barreira: massa m1=0,200 kg a T1=350 K; massa m2=0,300 kg a T2=290 K. Ao remover a barreira, descreva o processo rumo ao equilíbrio térmico e calcule a temperatura final do sistema (K). Considere ausência de trocas com o ambiente.

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

Modelo de resposta: ao remover a barreira ocorre troca de energia por calor até térmica homogeneização; energia interna total se conserva. Use m1 Cv (T1-T_f)+ m2 Cv (T2-T_f)=0 ? T_f=(m1 Cv T1 + m2 Cv T2)/(m1 Cv + m2 Cv). Substituindo: numerador=0,2·718·350 +0,3·718·290 =50 260 +62 466 =112 726 J; denom= (0,2+0,3)·718=359 J/K. Logo T_f=112 726/359 ˜314,1 K. Inclua discussão sobre irreversibilidade e que a entropia total aumenta até o equilíbrio térmico.

Explicação

Ao remover a barreira, as duas amostras de ar trocam calor até atingirem a mesma temperatura, que é determinada pela conservação da energia interna total do sistema. A fórmula utilizada para calcular a temperatura final considera as massas e as temperaturas iniciais de cada amostra, garantindo que a energia trocada entre elas se anule. O aumento da entropia durante esse processo reflete a irreversibilidade da troca de calor, que é uma característica natural dos sistemas em busca de equilíbrio térmico.

Raio-X da questão

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