Amestec de apă și gheață
Din Laplace
Cuprins
1 Declarație
În interiorul unui recipient adiabatic, un bloc de 100 g de gheață la 0,0 ° C este scufundat în 1,0 litri de apă la 20 ° C. Determinați dacă toată gheața este topită și temperatura finală a sistemului. Ce se întâmplă dacă în loc de 100 g ai 1,0 kg de gheață?
Câtă entropie se produce în fiecare caz?
2 100 g gheață
Când amestecăm două faze ale aceleiași substanțe la temperaturi diferite, există un flux de căldură de la cea cu temperatura cea mai mare la cea mai scăzută. Totuși, această căldură nu se traduce neapărat printr-o creștere a temperaturii, deoarece o parte sau totalitatea acesteia pot fi utilizate într-o schimbare de fază.
Pentru a găsi soluția la acest tip de problemă, este adesea necesar să se facă ipoteze cu privire la care va fi starea finală a sistemului, care trebuie revizuită ulterior.
Deoarece sistemul este izolat din exterior, toată căldura este internă, deci egalitatea se menține
unde numim „1” la apă caldă și „2” la gheață.
Dacă temperatura finală a apei este T, căldura care pătrunde în ea (care va fi negativă, deoarece de fapt pleacă) este proporțională cu variația temperaturii sale
Cantitatea maximă de căldură care ar putea trece de la apa 2 la gheață (sau apă, mai târziu) 1, este dată de temperatura finală a apei care atinge cea a gheții, nu ar putea fi niciodată sub aceasta, deoarece temperatura de echilibru trebuie să fie intermediar între inițialele celor două părți.
Pentru gheață, presupunem că căldura care iese din apă este suficientă pentru a o topi complet și, ulterior, pentru a-i crește oarecum temperatura. Acest lucru este rezonabil, deoarece pentru a topi gheața avem nevoie de o cantitate de căldură
deci avem din ce putem scoate din apă. În acest caz, căldura totală care intră în gheață va fi suma căldurii topite plus cea necesară pentru a o ridica de la temperatura finală
Adăugarea celor doi termeni și setarea zero
ce ne dă temperatura finală
Grafic, am avea o situație precum următoarea: