Pregunta 2 · Fundamentos de Física UVIC 2012

Pregunta 2 (4 punts). Mescla tèrmica i variació d'entropia

A l'interior d'un recipient tancat hermèticament, aïllat tèrmicament de l'exterior i amb capacitat calorífica negligible, es posen en contacte:

Una massa de plom sòlid $m_{\mathrm{Pb}} = 500\text{ g}$ a una temperatura inicial $T_{\mathrm{Pb}} = 300\text{ }^\circ\text{C}$.

Una massa d'aire $m_{\mathrm{aire}} = 850\text{ g}$ a pressió inicial $P_1 = 1{,}00\text{ atm}$ i temperatura inicial $T_{\mathrm{aire}} = 20\text{ }^\circ\text{C}$.

El volum del plom no varia i, en estar el recipient tancat, el volum que ocupa l'aire es manté rígidament constant durant el refredament del plom i l'escalfament de l'aire.

Dades addicionals:

Massa molecular de l'aire: $M_{\mathrm{aire}} = 28{,}964\text{ g/mol}$ (tractat com a gas ideal diatòmic amb $C_v = \frac{5}{2}R$).

Calor específica del plom: $c_{\mathrm{Pb}} = 128\text{ J/(kg}\cdot\text{K)}$.

Constant universal dels gasos: $R = 8{,}314\text{ J/(mol}\cdot\text{K)}$.

Calculeu:

a)

La temperatura final de la barreja en assolir l'equilibri termodinàmic. [2 punts]

b)

La variació d'entropia del plom, de l'aire i de l'univers en aquest procés. [2 punts]