(Fuvest) Um pedaço de gelo de 150 g à temperatura de - 20 °C é colocado dentro de uma garrafa térmica contendo 400 g de água à temperatura de 22 °C. São dados: Calor específico do gelo = 0,50 cal/g.°C Calor específico da água = 1,0 cal/g.°C Calor de fusão do gelo = 80 cal/g Considerando a garrafa térmica como um sistema perfeitamente isolado e com capacidade térmica desprezível, pode-se dizer que ao atingir o equilíbrio térmico o sistema no interior da garrafa apresenta-se como:
Soluções para a tarefa
Resposta:
Para estabelecermos uma equação para o equilíbrio térmico, vamos antes comparar os calores cedido e absorvido pela água líquida da garrafa, ao descer a zero graus e pelo gelo usado para derreter (quando o mesmo eleva a temperatura a zero graus), respectivamente.
Q₍₁₎ = 400.1,0. (0-22) = 8.800 cal (é o calor cedido pela água do recipiente).
Q₍ₙ₎ = 150.0,5. (0-(-20) + 150.80 = 13.500 cal (é o calor necessário à fusão completa do gelo).
- Como Q₍ₙ₎ > Q₍₁₎ , então entende-se que mesmo todo o calor cedido pela água da garrafa é menor do que o necessário para fundir todo o gelo, logo, pelo menos uma certa quantidade de gelo continuará nesse estado atingindo o equilíbrio térmico.
Da mesma forma, vamos calcular o quanto de calor cedido pela água do recipiente transforma-a em gelo:
Q₍₂₎ = 400.1,0. (0-22) + 400.80 = 40.800 cal (é o calor cedido por toda a massa de água da garrafa para congelar-se).
- Como Q₍₂₎ > Q₍ₙ₎ , então também nem todo o calor cedido pela água líquida da garrafa para congelar é absorvido pelo pedaço de gelo de forma a tudo permanecer gelo no equilíbrio térmico.
Logo, entende-se que parte do sistema fica em forma líquida e parte em gelo, a zero graus.
Obs: Cálculo do Calor Latente
Q= 150.80 = 12.000 cal ( do gelo)
Q = 400.80= 32.000 cal ( da água)
Alternativa C.
Explicação:
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