Trata-se de questão acerca da segunda lei da termodinâmica. Eis o enunciado:
Partimos do método de resolução de problemas, o qual sempre venho comentando sobre e implementando nas soluções até aqui apresentadas neste blog, proposto no livro de cálculo de James Stewart.
Sucintamente, consiste em nos perguntarmos: qual é a incógnita? Quais as quantidades dadas? Quais as condições fornecidas?
Respondendo: a incógnita é a Variação da entropia (em linguagem simbólica, denominaremos ΔS, sendo S a entropia) da mudança do estado líquido para o estado sólido na temperatura fornecida; é dado um calor de mudança de fase por unidade de massa, uma temperatura e uma quantidade de matéria. A condição explicita é que a mudança de fase ocorre em 0º.
Vê-se que a questão versa sobre a variação de entropia que acompanha a mudança de estado físico.
A ideia de entropia está relacionada com a 2ª lei da termodinâmica. O que podemos intuir disso?
Sendo a entropia relacionada à medida do grau de desordem do sistema, esperamos que na mudança do estado sólido (mais organizado) para o líquido (menos organizado, portanto MAIS desordenado) a entropia aumente e que, ocorrendo o oposto, ou seja, mudança do líquido para o gasoso, a entropia diminua. Logo, no caso em questão, esperamos que a entropia diminua e que a sua variação seja, evidentemente, NEGATIVA (ΔS<0).
Com isso, eliminamos as alternativas C,D,E, já que todas versam sobre variação positiva.
Continuemos então, porque nos parece que teremos que efetuar o cálculo desta variação, sendo este cálculo proveniente da segunda lei da termodinâmica, aqui exposta:
Observe que dQrev se refere ao calor proveniente de um processo reversível. Deve-se saber que a transferência de calor envolvida nas mudanças de fase são reversíveis. Além disso, na mudança de fase a temperatura permanece constante, logo, T não varia e as diferencias infinitas dS e dQrev tornam-se então diferenças finitas ( ou melhor, diferença finita para dS e quantidade finita para dQrev, uma vez que calor (dQ) assim como trabalho (dW) NÃO são diferenças mas sim quantidades infinitesimais.
Assim, repetindo, como o processo é a T constante e, temos que:
ΔS = Qrev/T
Antes de efetuar a conta veremos o que são as quantidades Qrev e T e em que unidades devem ser apresentadas.
Perceba que ΔS na resposta é dado em J/K. De fato, a equação na qual chegamos sugere energia/ temperatura.
Com relação a T, nós só podemos efetuar o cálculo com a temperatura em uma escala termodinâmica ou absoluta, as escalas termodinâmicas são o Kelvin e o Rankine, comumente mais utilizado aqui no Brasil o Kelvin. Isso vem da própria dedução da segunda lei e precisamos ter sempre em mente!
Já com relação a Qrev ( o calor transferido) percebemos que é dado em Joule, e que nos foi fornecido a quantidade de calor em KJ/kg, ou seja, para 1 kg e como nosso sistema tem 1.5 kg:
Qrev= 364 kJ/kg * 1.5 kg = 364 * 1.5 *1000 J
Como este calor é fornecido para a vizinhança, veja, para solidifcar um líquido, a vizinhança “retira” e se ela retira é o mesmo dizer que o sistema fornece e ela, vizinhança, recebe este calor, e que, por convenção, quando o sistema fornece calor ele tem sinal negativo.
Qrev = – 364 * 1.5 *1000 J
Agora sim podemos substituir Qrev e T (0ºC são 273 K) na nossa equação:
ΔS = Qrev/T = – 364 * 1.5 *1000 / 273 = – 2000 J.
Segue então que a alternativa correta é a letra A.
Obs: a adoção do sinal de menos com relação ao sentido da transferência de calor é questão de conveniência, de forma que a fórmula deve estar adequada ao sinal convencionado. No entanto, perceba que mesmo que nos esqueçamos desta conveniência, por intuição, podemos chegar a conclusão de que ΔS é negativo, pois antes de apresentar qualquer fórmula obtivemos esta ideia!
O deboísta 