Um cubo de gelo de 150 g é misturado com 700 g de água em um recipiente termicamente isolado. Se a água está inicialmente a
e o gelo a
, qual é a temperatura final de equilibrio térmico? Use
ponto
.
Passo 1
Beleza, o enunciado diz que a gente tem um cubo de gelo de 150 g a –20 °C misturado com 700 g de água a 40 °C, tudo num recipiente isolado. O assunto é calorimetria (troca de calor), e vamos precisar de:
- calor específico do gelo e da água,
- calor latente de fusão do gelo,
- conversão entre calorias e joules,
- princípio da conservação de energia (o que esquenta perde a mesma energia que o que esfria ganha).
Passo 2
Primeiro, padronizar unidades em joules:
-
(água) -
(gelo) -
(calor de fusão)
Passo 3
Aquece o gelo de –20 °C até 0 °C:
Passo 4
Funde o gelo a 0 °C:
Passo 5
Esfria a água de 40 °C até 0 °C:
(O sinal negativo indica que a água libera calor.)
Passo 6
Verificar se o gelo derrete completamente:
Energia total necessária = .
Energia liberada pela água ao chegar em 0 °C = .
Como , o gelo derrete totalmente e ainda sobra calor.
Energia total necessária =
Energia liberada pela água ao chegar em 0 °C =
Como
Passo 7
O calor que sobra após derreter o gelo aquece os
g de água de 0 °C até a temperatura final
:
Agora,
Resposta
A temperatura de equilíbrio térmico é aproximadamente