Ano 2019#physics

Sobre o tema

A troca de calor entre substâncias em diferentes temperaturas é um conceito fundamental da termodinâmica. Neste problema, água líquida a 30°C é colocada em contato com gelo a -10°C em uma garrafa térmica, que impede trocas de calor com o ambiente. Para determinar o estado final do sistema, é necessário calcular o calor necessário para aquecer o gelo até 0°C e derretê-lo, comparando com o calor que a água pode ceder ao resfriar. Esse tipo de exercício é comum em vestibulares e avalia como a conservação de energia se aplica a sistemas com mudança de fase, exigindo o uso de calores específicos e latentes.

Tópicos relacionados

Calorimetria e trocas de calor
Calor sensível e calor latente
Equilíbrio térmico
Mudanças de fase: fusão do gelo
Conservação de energia em sistemas fechados

Enunciado

Em uma garrafa térmica, são colocados 200 g de água à
temperatura de 30 °C e uma pedra de gelo de 50 g, à
temperatura de –10 °C. Após o equilíbrio térmico,
Note e adote:
calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g;
calor específico do gelo = 0,5 cal/g °C;
calor específico da água = 1,0 cal/g °C.

Alternativas

A)
todo o gelo derreteu e a temperatura de equilíbrio é 7°C.
B)
todo o gelo derreteu e a temperatura de equilíbrio
é 0,4 °C.
C)
todo o gelo derreteu e a temperatura de equilíbrio é 20 °C.
D)
nem todo o gelo derreteu e a temperatura de equilíbrio
é 0 °C.
E)
o gelo não derreteu e a temperatura de equilíbrio é –2 °C.

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Perguntas frequentes

O que é calor sensível?

Calor sensível é a energia térmica transferida que provoca variação de temperatura em um corpo, sem mudança de fase. Sua quantidade é calculada por Q = m·c·ΔT, onde m é a massa, c o calor específico e ΔT a variação de temperatura.

O que é calor latente?

Calor latente é a energia térmica necessária para mudar a fase de uma substância (como fusão ou vaporização) sem alterar sua temperatura. Para o gelo fundir, o calor latente de fusão é de 80 cal/g.

Como determinar se todo o gelo derrete em um sistema água-gelo?

Calcula-se o calor máximo que a água pode ceder ao resfriar até 0°C e o calor necessário para aquecer o gelo até 0°C e derretê-lo. Se o calor cedido for maior que o necessário, todo o gelo derrete e a mistura atinge temperatura acima de 0°C. Caso contrário, parte do gelo permanece e a temperatura final é 0°C.