11-Em um calorimetro à temperatura ambiente de 30°C, de capacidade termica 40cal/°C, são misturados 20 gramas de gelo a -20 °C, 50 gramas de água a 25 °C e 10 gramas de vapor de água a 120 °C. Estabelecido o equilíbrio térmico, admitindo que não haja perda de calor para o ambiente, a temperatura final da mistura, em °C, é de aproximadamente?
Dados:
Calor específico do gelo = 0,50 cal/g °C
Calor específico da água = 1,0 cal/g °C
Calor específico do vapor de água = 0,50 cal/g °C
Calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g
Calor latente de vaporização da água= 540 cal/g
A) 30
B) 50
C) 40
D) 60
E) 20
Soluções para a tarefa
A temperatura de equilíbrio será de aproximadamente 60°C.
O calor sensível é aquele que, ao ser fornecido ou retirado de um corpo, provoca uma variação da sua temperatura.
Podemos calcular o calor sensível por meio da seguinte equação -
Q = mcΔT
As trocas de calor ocorrerão de forma que o calor cedido será igual ao calor recebido.
∑Q = 0
Para aquecer o gelo =
Q = 20. 0,50. 20
Q = 200 cal
Para derreter o gelo =
Q = mL
Q = 20. 80
Q = 1600 Cal
Elevando a temperatura do gelo derretido-
Q = 20. 1. (Tf - 0)
Q = 20Tf
Para esfriar o vapor -
Q = 10. 0,50. 20
Q = - 100 cal
Para condensar -
Q = 10. 540
Q = - 5400 cal
Para baixar a temperatura do vapor condensado -
Q = 10. 1 . (Tf - 100)
Q = 10Tf - 1000
Calor cedido ou recebido pelo calorímetro-
Q = 40. (Tf - 30)
Q = 40Tf - 1200
Calor cedido ou recebido pela água -
Q = 50. 1 . (Tf - 25)
Q = 50Tf - 1250
200 + 1600 + 20Tf - 100 - 5400 + 10Tf - 1000 + 40Tf -1200 + 50Tf - 1250 = 0
120Tf = 7150
Tf ≅ 60°C