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Um professor de Física apresenta aos alunos a situação-problema a seguir.“Um bloco de g...
Um professor de Física apresenta aos alunos a situação-problema a seguir.
“Um bloco de gelo a 0 °C é colocado em um calorímetro ideal contendo água líquida também a 0 °C. O sistema é isolado termicamente do ambiente, mantido à pressão atmosférica e deixado em repouso por tempo prolongado.”
Três alunos apresentam previsões diferentes:
• Aluno 1: “Nada acontecerá, pois ambos estão na mesma temperatura e não há diferença térmica para promover transferência de calor.”
• Aluno 2: “O gelo derreterá parcialmente, pois o estado líquido é termodinamicamente mais estável que o sólido à pressão atmosférica, mesmo a 0 °C.”
• Aluno 3: “Parte da água líquida congelará, pois o sistema busca o estado de menor energia interna, e o gelo possui menor energia interna que a água líquida à mesma temperatura.”
Do ponto de vista termodinâmico rigoroso, considerando as propriedades da água e os princípios das leis da Termodinâmica, o professor conclui corretamente que:
A
o aluno 1 está correto: em equilíbrio térmico (mesma temperatura), nenhuma transformação espontânea ocorrerá, independentemente do equilíbrio de fases do sistema.
B
o aluno 2 está correto: o sistema evoluirá espontaneamente para aumentar a fração líquida, maximizando a entropia.
C
o aluno 3 está correto: o sistema evoluirá espontaneamente para aumentar a fração sólida, minimizando a energia interna.
D
os três alunos estão parcialmente corretos: a configuração final dependerá das massas relativas de gelo e água iniciais.
E
o aluno 1 está correto: a 0 °C e 1 atm, gelo e água líquida coexistem em equilíbrio termodinâmico, sem transformação macroscópica espontânea do sistema.