Физическая химия. Термодинамика. Второй закон 250 г воды, находящейся при 60оС бросили кусок железа массой 80 г, нагретый до 200оС. Рассчитать изменение энтропии при протекании процесса и конечную температуру систем
P.S. Желательно с пояснением

Предыдущий
вопрос Следующий
вопрос

Для решения данной задачи мы будем использовать второй закон термодинамики, который гласит, что энтропия изолированной системы всегда увеличивается или остается постоянной.

Сначала рассчитаем изменение энтропии при протекании процесса. Для этого воспользуемся формулой изменения энтропии:

ΔS = q_rev / T

Где ΔS - изменение энтропии, q_rev - количество тепла, поглощенного системой в процессе, T - температура системы.

Для начала найдем количество тепла, поглощенного системой. Для этого воспользуемся формулой теплоемкости:

q = mcΔT

Где q - количество тепла, m - масса вещества, c - удельная теплоемкость вещества, ΔT - изменение температуры.

Для воды
q_вода = 250 г 4,18 Дж/(гС) * (200 - 60) °C = 50200 Дж

Для железа
q_железо = 80 г 0,45 Дж/(гС) * (200 - 60) °C = 2880 Дж

Теперь найдем общее количество тепла, поглощенное системой
q_система = q_вода + q_железо = 50200 Дж + 2880 Дж = 53080 Дж

Теперь можем рассчитать изменение энтропии
ΔS = q_система / T = 53080 Дж / (60 + 200) K = 132,7 Дж/К

Конечная температура системы может быть найдена с использованием закона сохранения энергии. Для этого воспользуемся уравнением:

q_вода + q_железо = mcΔT

Где m - суммарная масса воды и железа, c - удельная теплоемкость смеси воды и железа
c = (250 г 4,18 Дж/(гС) + 80 г 0,45 Дж/(гС)) / (250 г + 80 г) = 3,86 Дж/(г*С)

Теперь можем найти конечную температуру
q_вода + q_железо = (250 г + 80 г) 3,86 Дж/(гС) Δ
53080 Дж = 330 г 3,86 Дж/(гС) Δ
ΔT = 53080 Дж / (330 г 3,86 Дж/(гС)) = 43,09 °C

Таким образом, изменение энтропии при протекании процесса составляет 132,7 Дж/К, а конечная температура системы будет равна 43,09 °C.