Question

- Um bloco de gelo (calor específico de 0,5 kcal/kg.°C)) de 3,0 kg de massa está a uma temperatura de -10°C. É
colocado num vaso calorimétrico (recipiente isolado de capacidade térmica desprezível) contendo 5,0 kg de água
(calor específico de 1 kcal/kg.°C) a 40°C. Se o calor latente de fusão do gelo é de 80 kcal/kg, podemos afirmar que: (Justifique sua resposta mostrando cálculo)
a) todo o gelo se derreterá.
b) somente metade da massa de gelo se derreterá.
c) sobrará 0,6875 kg de gelo sem derreter.
d) derreterá somente 0,40 kg de gelo.
e) sobrará 0,24 kg de gelo sem derreter.

Answer 1

Podemos afirmar que sobrará 0,6875kg de gelo sem derreter - letra C.

Explicação:

Essa questão trabalha o calor latente e o calor sensível, por haver, respectivamente, mudança de estado físico e variação de temperatura.

Revisão:

Para calcular o calor latente, ou seja, o calor empregado para mudar uma substância de estado físico, usamos:

Q = m . L

Para calcular o calor sensível, ou seja, o calor empregado para variar a temperatura de uma substância, usamos:

Q = m . c . ∆t

Sendo

Q = quantidade de calor

m = massa

L = calor de valorização ou fusão

c = calor específico

∆t = variação de temperatura ( final - inicial )

Sabendo disso tudo, vamos analisar a questão:

Análise:

Temos um sistema de gelo e água, e devemos achar a massa de gelo que a água quente consegue derreter. Nesse caso, a água pode doar calor até atingir 0° Celsius. E o gelo deve atingir 0° C a partir de sua temperatura inicial e iniciar a fusão. Vamos calcular a quantidade de calor necessário para cada situação.

Cálculos:

Quantidade de calor que pode ser cedido pela água:

Q = m . c . ∆t

Q = 5 . 1 . ( 0 - 40 )

Q = 5 . - 40

Q = - 200 Kcal ( o menos indica calor cedido )

Logo, a água pode ceder 200Kcal para o gelo derreter.

Calor necessário para o gelo atingir 0° e iniciar a fusão:

Usaremos 2 fórmulas, pois envolve a mudança de temperatura E a mudança de fase:

Q = m . c . ∆t

Q = 3 . 0,5 . ( 0 - ( -10 ) )

Q = 3 . 0,5 . 10

Q = 15Kcal

Q = m . l

Q = 3 . 80

Q = 240 Kcal

Q = 15 + 240

Q = 255kcal

Logo, o gelo necesita de 255 kcal para derreter por completo.

Compare os dois resultados: a água cede 200Kcal mas o gelo precisa de 255. Fica claro que o gelo não se derreterá por completo. Eliminamos assim a letra A.

Agora, vamos achar a massa de gelo que é derretida com as 200kcal cedidas pela água:

15kcal são usadas para o bloco de gelo atingir 0° C, então temos:

Q = m . L

200 - 15 = m . 80

185 = m . 80

m = 2,3125 Kg

Logo, 2,3125kg de gelo serão derretidos, e 0,69kg aproximadamente ficarão na forma de gelo.

Alternativa B é a correta.

Espero ter ajudado!