Colocamos 300 g da água de
em um copo de isopor e adicionamos 2 pedrinhas de gelo, cada uma com massa de 20 g e a temperatura de
. Quais são as massa de líquido e de gelo no copo quando atingido o equilíbrio térmico?
Passo 1
Beleza, vamos lá! Você colocou 300 gramas de água a 25°C num copo de isopor e adicionou 2 pedrinhas de gelo, cada uma com 20 gramas e a -4°C. O objetivo aqui é descobrir quanto de gelo derrete e quanto permanece líquido quando a temperatura se estabiliza. Vamos precisar entender como o calor é transferido entre a água quente e o gelo frio até que tudo fique na mesma temperatura.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar o que acontece quando você mistura a água quente com o gelo frio:
- Calor da água: A água quente vai perder calor para esfriar.
- Calor do gelo: O gelo vai ganhar calor para esquentar até 0°C e, se tiver calor suficiente, vai derreter.
Para resolver isso, vamos calcular:
- Quanto calor a água vai perder ao esfriar.
- Quanto calor o gelo vai ganhar para aquecer até 0°C e derreter.
Passo 3
Vamos precisar de algumas informações importantes:
- Calor específico da água (
): cerca de - Calor específico do gelo (
): cerca de - Calor latente de fusão do gelo (
): cerca de
Passo 4
Primeiro, calculamos quanto calor a água a 25°C vai perder ao esfriar até 0°C:
A água pode perder até 31.350 J ao esfriar para 0°C.
Passo 5
Agora, vamos ver quanto calor os dois pedrinhas de gelo precisam para:
- Aquecer de -4°C até 0°C:
- Derreter completamente o gelo:
Total de calor que os pedrinhos de gelo precisam para ficar água a 0°C:
Passo 6
Comparando os calores:
- Calor disponível da água: 31.350 J
- Calor necessário para aquecer e derreter o gelo: 13.694,4 J
Como a água tem calor suficiente para derreter todo o gelo, o gelo vai derreter completamente e ainda vai sobrar calor para a água se aquecer um pouco mais.
Passo 7
Agora, vamos calcular a massa total de água no copo após o derretimento:
- Água inicial: 300 g
- Gelo derretido: 40 g
- Total de água: 300 g + 40 g = 340 g
E como todo o gelo derreteu, a massa de gelo restante é 0 g.
Resposta
No equilíbrio térmico, todo o gelo derreteu. Assim, o copo contém 340 gramas de água líquida e 0 gramas de gelo.