Um aquecedor com potência de 500 W é usado para derreter 2 kg de gelo a -10
até líquido saturado a
à pressão constante de 150 KPa .
Calcule a energia necessária para que o processo ocorra.
Calcule a energia necessária para que o processo ocorra.
Passo 1
Então, vamos entender o que a questão está pedindo. Temos um aquecedor de 500 W que vai ser usado para derreter 2 kg de gelo começando a -10 °C até virar água a 5 °C, tudo isso à pressão constante de 150 kPa. O conteúdo principal aqui envolve calorimetria, que é o estudo das trocas de calor envolvendo mudança de estado e variações de temperatura. Para resolver isso, vamos precisar calcular a energia necessária em três etapas: aquecer o gelo até 0 °C, derreter o gelo e depois aquecer a água resultante até 5 °C.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular a energia necessária para aquecer o gelo de -10 °C até 0 °C. Para isso, usamos a fórmula do calor sensível:
Onde:
-
é a massa do gelo (2 kg), -
é o calor específico do gelo ( ), -
é a variação de temperatura (0 - (-10) = 10 °C).
Passo 3
Agora, vamos calcular a energia necessária para derreter o gelo a 0 °C, transformando-o em água. Para isso, usamos a fórmula do calor latente de fusão:
Onde:
-
é a massa do gelo (2 kg), -
é o calor latente de fusão do gelo ( ).
Passo 4
Em seguida, precisamos calcular a energia para aquecer a água de 0 °C até 5 °C. Usamos novamente a fórmula do calor sensível, mas agora com o calor específico da água:
Onde:
-
é a massa da água (2 kg), -
é o calor específico da água ( ), -
é a variação de temperatura (5 - 0 = 5 °C).
Passo 5
Finalmente, para encontrar a energia total necessária, somamos todos os calores calculados:
Vamos calcular cada parte agora.
Passo 6
Calculando
:
Passo 7
Calculando
:
Passo 8
Calculando
:
Passo 9
Somando todos os valores:
Resposta
A energia necessária para o processo é de aproximadamente 751 800 J.