Question

Um Bloco de gelo de massa 500 gramas encontra-se a -20 c. Determine a quantidade de calor que se deve fornecer a esse bloco para que ele se transforme totalmente em vapor de agua a 100ºC

Answer 1

Resposta:

365.000 calorias

Explicação:

A questão pergunta qual a quantidade de calor necessária para levar 500 gramas de gelo, que estão a uma temperatura de -20⁰C, para o fase de vapor a 100⁰C.

Para calcular isso, vamos aplicar as equações de calor sensível de calor latente.

Lembrando:

Calor sensível é o calor envolvido na variação de temperatura e é calculado por : Qs = m . c . Δθ ; onde m: massa, c: calor sensível e Δθ: variação de temperatura.

Calor latente é o calor envolvido na mudança de fase da substancia sem alterar sua temperatura, esse calor apenas rompe as ligações intermoleculares para fazer a substancia mudar de estado físico. É calculado por : QL = m . L ; onde: m: massa e L: calor latente do tipo de mudança de fase de determinada substancia.

Retomando:

Podemos pensar que a substancia irá percorrer um  “caminho” expresso por:

1) aquecimento de -20⁰C até 0⁰C

2) após chegar nos 0⁰C, entra no processo de fusão

3) chega no estado líquido a 0⁰C e começa o aquecimento até os 100⁰C

4) chegado a 100⁰C, começa outra mudança de fase da matéria para o vapor onde termina seu caminho.

Para calcular a energia total que o gelo irá receber na forma de calor para percorrer todo essa caminho é preciso somar o calor envolvido em cada uma dessas etapas:

Calculando o calor em cada uma das etapas:

1) O gelo aquece de -20⁰C até 0⁰C. Como é um aquecimento, está ocorrendo variação de temperatura, logo o calor será do tipo sensível :

 OBS: Considerei o calor sensível do gelo como 0,5

Qs1 = 500 . 0,5 . (0 -(-20)  

= 250 . (0+20)

=250.20

Qs1 = 5000 cal

2) Quando o gelo chegou nos 0⁰C, ele continua recebendo calor da fonte, e esse calor atuará como latente na substancia, pois ela vai mudar de fase, nessa caso, é o processo de fusão:

QL1 = 500 . 80

QL1 = 40000 cal

3) Agora todo aquele gelo se transformou em água líquida a 0⁰C. Essa água vai continuar recebendo calor da fonte e esse atuará como sensível na substancia até ela atingir os 100⁰C:

OBS: O calor sensível da água é diferente do gelo e vale 1.

Qs2 = 500 . 1 . (100-0)

= 500 . 100

Qs2 = 50000 cal

4)Após chegar nos 100⁰C, a água líquida continua a receber calor e esse agora atuará novamente como latente na substancia, mas nesse caso será para a vaporização:

QL2 = 500 . 540

QL2 = 270.000 cal

Em todos esses processos, a substancia teve que ganhar energia em forma de calor, logo, se somarmos, vamos encontra a valor total de energia que foi necessário fornecer:

Somando:

Qs1 + QL1 + Qs2 + QL2

5.000 cal + 40.000 cal + 50.000 cal + 270.000 cal = 365.000cal