Question

ATIVIDADE DE FÍSICA

Variação de temperatura com transição de fase:

1) Um estudante de física deseja resfriar 0,25 kg de Coca-Cola Diet (a maior parte

constituídsa de água), inicialmente a uma tempertatura de 25ºC, adicionando gelo a -20ºC.

Qual a quantidade de gelo que ela deve usar para que a temperatura final seja igual a 0ºC

sabendo que todo o gelo se funde e que o calor específico de recipiente pode ser desprezado?

Dicas:

Usar fórmulas: Q = m.c.ΔT (1ª e 2ª etapa) e Q = m.L (3ª etapa)

Calor Específico da Água (c) = 4190 J/Kg.K

Calor Específico do Gelo (c) = 21 x 10³ J/Kg.K

Calor Latente de Fusão Água (L) = 3,34 x 105

J/Kg

1ª Etapa Diminuição da temperatura da coca

2ª Etapa Aumento da temperatura do gelo

3ª Etapa Derretimento do gelo

Ficar atento ao calor que sai e que entra no sistema Coca-Cola quando entra em contato com a

vizinhança gelo.

2) Em um tipo particular de fogão a energia liberada na queima é usada para aquecer água

na panela sobre o fogão. Para aquecermos 1L (1Kg) de água de 20ºC para 100ºC e fazer a

vaporização de 0,25Kg, qual a quantidade de gás que deve ser queimada no processo?

Calor Específico da Água (c) = 4190 J/Kg.K

Calor Latente de Vaporização da Água = 2,256 x 106

J/Kg

Cada Grama (g) de Gás Libera = 46000 J

3) Um grama de água (1 cm³) se transforma em 1671 cm³ quando ocorre o processo de

vaporização a uma pressão constante de 1 atm (1,013 x 105

Pa). O calor de vaporização para

essa pressão é de 2,256 x 106

J/Kg. Calcule:

a) O trabalho realizado pela água quando ela se transforma em vapor.

W = p(V2 - V1)

b) o Aumento de sua energia interna.

Q = mL

ΔU = Q + w (fiquem atentos aos sinais)
4) Em um certo processo químico, um técnico de laboratório fornece 254 J de calor a um

sistema. Simultaneamente, 73 J de trabalho são realizados pelas vizinhanças sobre o sistema.

Qual é o aumento de energia interna do sistema?

5) O trabalho realizado quando um gás é comprimido em um cilindro é 462 J. Durante esse

processo, há transferência de calor do gás para vizinhanças de 128 J. Cálcule a variação de

energia interna nesse processo.

6) Em que princípio se baseia a Primeira Lei da Termodinâmica? Explique as convenções de

sinais na equação ΔU = Q + w.

7) Um gás se expande e realiza trabalho de 325 J sobre a vizinhança. Consequentemente, 26 J

de calor são liberados para a vizinhança. Calcule a variação de energia interna.

8) Uma amostra de nitrogênio gasoso se expande do seu volume inicial de 1,6 L para 5,4 L

contra uma pressão constante de 1,3 atm. Calcule o trabalho realizado em Joules por esse gás

nesse processo. Supondo que simultaneamente o gás ainda absorve 298 J em forma de calor,

calcule a variação de energia interna total no processo.

Answer 1

1) A quantidade de gelo que ela deve usar para que a temperatura final seja igual a 0ºC, é de: 69,44 gramas.

Do enunciado sabemos que:

• Calor Específico da Água (c) = 4190 J/Kg.K = 1 cal/gºC

A partir dele fazemos a conversão dos outros de J/Kg.K para cal/g°C

• Calor Específico do Gelo (cg) = 21 x 10³ J/Kg.K = 0,5 cal/gºC
• Calor Latente de Fusão Água (L) = 3,34 x 10⁵ J/Kg.K =  79,7 cal/g

• Calor latente de fusão do gelo = 80cal/g.

Agora, vamos desenvolver as etapas:

1ª Etapa Diminuição da temperatura da coca:

• Massa da Coca-Cola (m) = 0,25kg = 250g
• Temperatura inicial (To) = 25°C
• Temperatura final (Tf) = 0°C

Substituimos na equação:

$Q = m\;*\;c\;*\; \Delta T\\\\Q_{coca} = 250g\;*\;1cal/g.^{o}C\;*\;(0-25)^{o}C\\\\Q_{coca} = -6.250\;cal$

2ª Etapa Aumento da temperatura do gelo:

• Massa do gelo (m) = ?
• Temperatura inicial (To) = -20°C
• Temperatura final (Tf) = 0°C

Substituimos na equação:

$Q = m\;*\;c\;*\; \Delta T\\\\Q_{gelo} = m\;*\;0,5cal/g.^{o}C\;*\;(0-(-20))^{o}C\\\\Q_{gelo} = m\;*\;0,5cal/g.^{o}C\;*\;20^{o}C\\\\Q_{gelo} = 10cal\;*\;m$

3ª Etapa Derretimento do gelo:

• Calor latente de fusão do gelo = 80cal/g.

Substituimos na equação:

$Q = m\;*\;L\\\\Q_{Lgelo} = m\;*\;80cal/g\\\\Q_{Lgelo} = 80cal/g\;*\;m$

Agora com a soma das três etapas podemos determinar a quantidade de gelo que deve ser usada:

$Q_{coca} + Q_{gelo} + Q_{Lgelo} = 0\\\\(-6.250cal)\;+\;(10cal\;*m) + (80cal/g\;*\;m) = 0\\\\(-6.250cal)\;+(90cal/g\;*m) = 0\\\\(90cal/g\;*m) = 6.250 cal\\\\m = \frac{6.250cal}{90cal/g} \\\\m = 69,44\;g$

Nota: É recomendável que coloque o minimo de questões para assim poder ajuda-lo melhor a resolver suas dúvidas