Question

1. Comprima fortemente duas pedras de gelo, com temperatura inferior a 0 °C, uma contra outra, como ilustra a representação da 1 foto anexada. Ao solta-las elas ficarão
grudadas. Explique por que isso ocorre.







2. Supondo que 10g de gelo a 0 °C são misturados num calorímetro de capacidade termica igual a 10 cal/°C e que contem 100g de água a 20 °C. Qual é a temperatura de equilíbrio? Dados: calor latente de fusão do gelo: 80 cal/°C calor especifico da agua 1 cal/g °C








3. (Udesc-SC) Um atleta, ao final de uma partida de futebol, deseja tomar água gelada. Para satisfazer sua vontade, o atleta coloca 100 g de gelo em sua garrafa térmica que contém 450 g de água à temperatura de 20 °C. Sabendo que o gelo se funde e está a uma temperatura de 0 °C, a temperatura final atingida pela água, na situação de equilíbrio térmico, é:

a) 2,0 °C

b) 34,0 °C

c) 2,5 °C

d) 1,5 °C

e) 16,0 °C

Answer 1

As questões abordam uma parte do conteúdo de termodinâmica chamada de calorimetria. Vamos relembrar alguns conceitos antes de entender o que é pedido em cada uma delas:

• Introdução:

A calorimetria estuda a transferência de energia entre corpos, chamada de calor, e a influência dessa energia na temperatura. Temos dois tipos de calor: o sensível e o latente.

➯ Calor sensível: É usado quando há a variação de temperatura de um corpo. Depende do calor específico da substância:

                                              $\boxed{\bf Q = m \cdot c \cdot \Delta T}$

 

Sendo:

➯ Q = Quantidade de calor, em calorias (cal);

➯ m = massa, em g;

➯ c = calor específico da substância, em cal/g.°C;  

➯ ΔT = variação da temperatura, em Celsius (°C);

 

➯ Calor latente: Está presente quando há a mudança de estado físico de um corpo. Depende do calor latente de vaporização ou fusão da substância:

                                                   $\boxed{\bf Q = m \cdot L}$

 

Sendo:

➯ Q = Quantidade de calor, em calorias (cal);

➯ m = massa, em g;

➯ L = calor latente da substância, em cal/g;

Essas unidades de medida podem variar.

A troca de calor entre corpos visa atingirem o equilíbrio térmico, ou seja, atingirem temperaturas iguais. Só assim o fluxo de calor cessa.

O calor geralmente não se perde, calor doado é calor recebido. Logo, a soma dos calores trocados entre corpos é igual à zero:

ΣQ = 0 ➯ Q₁ + Q₂ + Q₃ = 0

Agora sim, podemos partir para as questões.

• Questões:

1.  A explicação para esse fenômeno vem da relação entre pressão e temperatura. Ao pressionar as duas pedras, a pressão entre elas é grande, e isso faz com que a temperatura de fusão caia, logo as pedras derretem a menos de 0°C. Ao soltar, a pressão entre as pedras de gelo diminui, volta a ser a atmosférica, e o ponto de fusão volta ao 0°C, o que faz com que essas pedras congelem novamente. Como estavam ainda grudadas, acabam congeladas juntas. É um experimento um pouco difícil de fazer, pois a temperatura fora do congelador faz com que rapidamente o gelo descongele.

2. A temperatura de equilíbrio é de 11,6°C.

Todo o calor cedido pela água é recebido pela pedra de gelo. Desse modo, o somatório dos calores é igual a zero. Temos um calorímetro que também recebe calor, então ele entra na conta. Nesse caso, precisamos saber quantas calorias o gelo precisa para derreter, e depois calculamos a variação de temperatura.

➯ Calor para o gelo derreter:

 

$\bf Q = m \cdot L$

$\bf Q = 10 \cdot 80$

$\boxed{\bf \bf Q = 800}$

 

➯ O gelo precisa de 800 calorias para derreter.

Quantas calorias a água e o calorímetro têm para doar? Vamos descobrir agora: a menor temperatura que eles podem chegar é a zero graus, igual ao gelo, e ambos estão em equilíbrio térmico à 20°C.

➯ Calor cedido pelo sistema calorímetro - água:

$\bf Q = m \cdot c \cdot \Delta T$

$\bf Q = (m_a \cdot c_a \cdot \Delta T) + (C_c \cdot \Delta T)$

$\bf Q = (100 \cdot 1 \cdot 20) + (10 \cdot 20)$

$\bf Q = 2000 + 200$

$\boxed{\bf Q = 2200 }$

➯ O calor que pode ser cedido pelo sistema água-calorímetro é de 2200 calorias.

Sabemos que de todas as calorias cedidas, 800 serão gastas para derreter o gelo. Então, teremos:

$\bf Q_t = 2200 - 800$

$\boxed{\bf Q_t = 1400}$

 

O calor que sobrou, de 1400 calorias, será usado para variar a temperatura do conjunto água + calorímetro. Note que agora temos 110g de água, pois o gelo derreteu:

$\bf Q = m \cdot c \cdot \Delta T$

$\bf Q = (m_a \cdot c_a \cdot \Delta T) + (C_c \cdot \Delta T)$

$\bf 1400 = (110 \cdot 1 \cdot \Delta T) + (10 \cdot \Delta T)$

$\bf 1400 = 110 \Delta T + 10 \Delta T$

$\bf 1400 = 120 \cdot \Delta T$

$\bf \Delta T = \dfrac{1400}{120}$

$\boxed{\bf \Delta T \approx 11,6 }$

 

 

➯ A temperatura de equilíbrio é de 11,6°C.

3.  Alternativa correta letra A.

Vamos resolver essa questão exatamente da mesma forma da questão 2:

➯ Calor para o gelo derreter:

$\bf Q = m \cdot L$

$\bf Q = 100 \cdot 80$

$\boxed {\bf Q = 8000}$

O calor necessário para derreter o gelo é de 8.000 calorias.

➯ Calor cedido pela água:

$\bf Q = m \cdot c \cdot \Delta T$

$\bf Q = 450 \cdot 1 \cdot 20$

$\boxed {\bf Q = 9000 }$

O calor que pode ser cedido pela água é de 9000 calorias.

Sabemos que de todas as calorias cedidas, 8000 serão gastas para derreter o gelo. Então, teremos:

$\bf Q_t = 9000 - 8000$

$\bf Q_t = 1000$

O calor que sobrou, de 1000 calorias, será usado para variar a temperatura da água. Note que agora temos 550g de água, pois o gelo derreteu:

$\bf Q = m \cdot c \cdot \Delta T$

$\bf 1000 = 550 \cdot 1 \cdot \Delta T$

$\bf 1000 = 550 \cdot \Delta T$

$\bf \Delta T = \dfrac{1000}{550}$

$\boxed{\bf \Delta T \approx 2}$

 

 

➯ A temperatura de equilíbrio é de 2°C - alternativa A.

 

 

Saiba mais sobre termodinâmica em:

https://brainly.com.br/tarefa/31533825?answeringSource=undefined

Espero ter ajudado!