Problemas Resolvidos de Física

Problemas Resolvidos de Física
Prof. Anderson Coser Gaudio – Depto. Física – UFES
RESNICK, HALLIDAY, KRANE, FÍSICA, 4.ED., LTC, RIO DE JANEIRO, 1996.
FÍSICA 2
CAPÍTULO 26 - A ENTROPIA E A SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA
39. As duas extremidades de uma barra de latão estão em contato com reservatórios de calor a
130oC e 24,0oC, respectivamente. (a) Calcule a variação total de entropia que resulta da
condução de 1.200 J de calor através da barra. (b) A entropia da barra muda no processo?
(Pág. 259)
Solução.
(a) A variação infinitesimal da entropia de um sistema é definida por:
dQ
(1)
dS =
T
Se o processo (estado 1 → estado 2) ocorre de tal forma que as condições de equilíbrio mudem
constantemente, embora nunca se afastem consideravelmente do equilíbrio (quase-equilíbrio), a
equação (1) é resolvida por integração.
2 dQ
∆S12 = ∫
1 T
No caso do presente problema, o processo termodinâmico ocorre em condições de equilíbrio
(equilíbrio dinâmico), onde uma quantidade de calor Q abandona uma fonte quente à temperatura Tq
e é transferido a uma fonte fria à temperatura Tf.
Q
Tq
Tf
Durante todo o processo o fluxo de calor é constante e a temperatura das fontes térmicas não muda.
Isso sugere que (1) possa ser resolvida através de um somatório, ao invés de uma integral.
2
∆S12 = ∑
i =1
∆S12 =
Qi
Ti
Q1 Q2
+
T1 T2
(2)
No presente problema, (2) pode ser reescrita da seguinte forma:
Qq Q f
∆S =
+
Tq T f
Lembrando que Qq = −Q (o calor Q está sendo transferido para fora da fonte Tq) e Qf = Q (a mesma
quantidade de calor Q está entrando na fonte Tf):
(1.200 J ) (1.200 J )
Q Q
∆S = − +
=−
+
= −1,062737 J/K
(403 K ) (297 K )
Tq T f
∆S ≈ −1,06 J/K
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Resnick, Halliday, Krane - Física 2 - 4a Ed. - LTC - 1996.
Cap. 26 – A Entropia e a Segunda Lei da Termodinâmica
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