Question

Para fundir completamente um bloco de 2,5 kg de gelo com temperatura inicial de -15°C, devemos fornecer quanto de energia térmica?

Answer 1

Olá, o processo ocorre em duas etapas, primeiro temos de calcular o calor necessário para variar a temperatura do bloco de gelo de -15°C para 0°C. Após isso, deveremos calcular o calor necessário para fundir totalmente o bloco de gelo. Note que durante um processo de mudança de estado físico as substâncias não alteram suas temperaturas.

Teremos o seguinte:

$\fbox{ Q=m\cdot c\cdot \Delta T }$

$\fbox{ Q=m\cdot L }$

A primeira fórmula servirá para calcularmos o calor necessário para variar a temperatura do bloco de gelo, levando em conta sua massa, seu calor específico e a variação de temperatura. 

Dados necessários à questão: 

m = massa do bloco de gelo (2,5 quilogramas ⇒ 2.500 gramas)
c = calor específico do gelo (0,5 c /g°C)
ΔT = variação de temperatura (0°C-(-15°C) ⇒ 0°C+15°C ⇒ 15°C)

Substituindo os dados na fórmula e resolvendo:

$Q=2500\cdot 0,5\cdot 15 \\Q=18.750\hspace{3}calorias$

Agora usaremos a segunda fórmula, para descobrirmos o calor necessário para fundir completamente o bloco de gelo:

Dados necessários à questão:

m = massa do bloco de gelo (2,5 quilogramas ou 2.500 calorias)
L = calor latente de fusão do gelo (80 cal/g)

Substituindo os dados e resolvendo:

$Q=2500*80\\Q=200.000\hspace{3}calorias$


Somando o calor necessário para variar a temperatura do bloco de gelo e o calor necessário para fundir totalmente o bloco de gelo teremos o seguinte:

$Q_{total}=18.750+200.000\\\\ \fbox{ Q_{total}=218.750\hspace{3}calorias }$

Observações: a questão não fornece o calor específico do gelo, ou seja, da água no estado sólido (0,5 c/g°C), também não fornece o calor latente de fusão do gelo (80 cal/g), eu tive que buscar.
Também é importante lembrar, ao substituir os dados na fórmula, que se você usar °Celsius ao invés de Kelvin, você deverá usar a massa em gramas e não em quilogramas, ou seja, quando usar °Celsius, use a massa em gramas, e quando for usar Kelvin use a massa em quilogramas.