23- Em um copo grande, termicamente isolado, contendo água à temperatura ambiente (
), são colocados 2 cubos de gelo a
. A temperatura da água passa a ser, aproximadamente, de
. Nas mesmas condições se, em vez de 2 , fossem colocados 4 cubos de gelo iguais aos anteriores, ao ser atingido o equilíbrio, haveria no copo:
Passo 1
O enunciado dá um copo isolado com massa de água
a
. Colocando dois cubos de gelo iguais (cada um de massa
) a
, o sistema atinge equilíbrio em
. Vamos usar calorimetria: o calor perdido pela água ao resfriar-se de
para
é igual ao ganho dos dois cubos (fusão + aquecimento do gelo fundido de
para
).
Passo 2
Escrevendo a equação de balanço de calor:
onde
e
.
Isolando :
Isolando
Passo 3
Agora, se colocarmos 4 cubos (massa total
) a
, a água só pode ceder calor até
. O calor máximo que a água fornece é
Para derreter todos os 4 cubos seria necessário
Como
, não há calor suficiente para fundir todo o gelo, logo o sistema estaciona a
com parte do gelo ainda intacta.
Resposta
No copo haveria uma mistura de gelo e água à temperatura de
.