Question

Dentro de um calorimetro que contem 4 litros de água a 15 graus Celsius, colocam-se 600 g de gelo a 0 graus Celsius e deixa-se atingir o equilíbrio térmico. Considerando que o calor específico da agua é 1 cal/g C, o calor latente de fusão do gelo é 80 cal/g e a massa específica da água, 1 Kg/L calcule a temperatura aproximada do equilíbrio térmico.

Answer 1

Nosso primeiro passo vai ser calcular a quantidade de calor envolvida em cada situação. A quantidade de calor (Q) será calculada de duas formas nesta questão:

Q = massa x calor específico x (Temperatura final - Temperatura inicial)

Q latente = Massa x calor latente de fusão (Usaremos esta fórmula para calcular a quantidade de calor gasta na mudança de estado sólido para o líquido)

1º Situação: 4 litros de água chegando a uma temperatura de equilíbrio. Para esta só será necessário utilizar a primeira fórmula:

Q1 =  4kg x 1cal/g C x (Tf - 15) = 4Tf - 60

2º Situação: 0,6 kg de gelo sendo transformado em água. Para esta transformação precisaremos utilizar a fórmula de Quantidade de Calor Latente:

Q latente = 0,6 x 80 cal/g = 48 cal

3º Situação: 0,6 kg de água variando de 0º C até a temperatura de equilíbrio.
 
Q3 = 0,6 kg x 1 Cal/g C x (Tf - 0) = 0,6 Tf

Sabendo que a soma de todas as energias térmicas é nula nós temos:

Q1 + Qlatente + Q3 = 0

Substituindo os valores será possível encontrar a temperatura de equilíbrio, visto que Tf é a nossa única variável.

4Tf - 60 + 48 + 0,6 Tf = 0
4,6Tf - 12 = 0
4,6 Tf = 12
Tf = 2,6 C