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

Questões parecidas com resolução

• Em uma atividade de óptica, um feixe estreito atravessa um prisma de vidro com ângulo de ápice de 10°. No ar, o índice…
• Em uma feira de ciências, uma equipe apresentou acumuladores térmicos destinados ao aproveitamento do calor que seria…
• 'Cada bloco de gelo que não derrete durante o transporte reduz o descarte de água e o custo dos feirantes', observou uma…
• — Se eu reduzir um pouco o gelo, a caixa térmica aguenta a rota até a comunidade? — perguntou o agente de saúde, ao…
• Em um protótipo de motor térmico, o gás de trabalho executa um ciclo completo: após várias transformações, ele retorna…
• Em uma oficina didática, um cilindro com pistão contém ar. O pistão é empurrado lentamente para dentro, comprimindo o…

Todas as questões de Calor Sensível, Latente e Trocas de Calor