(Dissertativa) Dois blocos em sistema isolado trocam calor até equilíbrio. Bloco A: mA = 0,150 kg, cA = 390…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Analisar e representar, com ou sem o uso de dispositivos e de aplicativos digitais específicos, as transformações e conservações em sistemas que envolvam quantidade de matéria, de energia e de movimento para realizar previsões sobre seus comportamentos em situações cotidianas e em processos produtivos que priorizem o desenvolvimento sustentável, o uso consciente dos recursos naturais e a preservação da vida em todas as suas formas.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
(Dissertativa) Dois blocos em sistema isolado trocam calor até equilíbrio. Bloco A: mA = 0,150 kg, cA = 390 J·kg?¹·K?¹, TA = 400 K. Bloco B: mB = 0,250 kg, cB = 900 J·kg?¹·K?¹, TB = 300 K. Calcule a temperatura de equilíbrio Te e a variação total de entropia ?S_total (J·K?¹). Mostre equações e cálculos.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Conservação de energia: Te=(mA cA TA + mB cB TB)/(mA cA + mB cB). Substituindo: Te=(0,15·390·400 + 0,25·900·300)/(0,15·390+0,25·900)=90900/283,5˜320,7 K. 2) ?S_total = mA cA ln(Te/TA) + mB cB ln(Te/TB). Calcule: ?S_A=0,15·390·ln(320,7/400)=58,5·ln(0,8017)˜-12,89 J·K?¹; ?S_B=0,25·900·ln(320,7/300)=225·ln(1,069)˜15,00 J·K?¹. Logo ?S_total˜+2,11 J·K?¹ (positivo, processo irreversível rumo ao equilíbrio).
Explicação
A solução utiliza a conservação de energia para calcular a temperatura de equilíbrio, considerando as massas e capacidades térmicas dos blocos. A variação total de entropia é obtida através das equações que relacionam a entropia com as temperaturas iniciais e a temperatura de equilíbrio, evidenciando o caráter irreversível do processo. O resultado positivo da variação de entropia confirma que o sistema evolui para um estado de maior desordem, conforme a segunda lei da termodinâmica.
Raio-X da questão
equilíbrio térmico e entropia
avaliacao
equilíbrio térmico · cálculo de entropia
Revisar os conceitos de calor, temperatura e entropia em sistemas isolados.
O aluno pode confundir a fórmula de cálculo da entropia, aplicando-a de forma incorreta ou não considerando a variação de temperatura corretamente.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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