Defina com suas palavras: (a) calor sensível; (b) calor latente. (c) Quanta energia é necessária para mudar 50 gramas de gelo a -10^{\circ} \mathrm{C} em vapor a 150^{\circ} \mathrm{C} ? Dados: a transferência de calor sem mudança de fase é dada por Q=m c \Delta T e com mudança de fase é dada por Q=L m. O calor específico do gelo é 2220 \mathrm{~J} / \mathrm{kg} . \mathrm{K}, o calor específico da água é 4187 \mathrm{~J} / \mathrm{kg} . \mathrm{K}, o calor de transformação de fusão da água é 333 \mathrm{~kJ} / \mathrm{kg} e calor de vaporização da água é 2256 \mathrm{~kJ} / \mathrm{kg}.

Passo 1

O enunciado pede: (a) definir calor sensível; (b) definir calor latente; (c) calcular a energia necessária para transformar 50 g de gelo a -10^\circ C em vapor a 150^\circ C. O conteúdo é calorimetria, usando as fórmulas
Q = m\,c\,\Delta T
para troca de calor sem mudança de fase e
Q = L\,m
para mudança de fase.

Passo 2

Calor sensível é a quantidade de calor trocada que provoca variação de temperatura de uma substância sem que haja mudança de fase. Nesse processo, o calor é “sentido” como mudança de temperatura.

Passo 3

Calor latente é a quantidade de calor trocada durante a mudança de fase de uma substância, a temperatura constante. Esse calor “não muda” a temperatura, mas altera o estado físico (fusão, vaporização etc.).

Passo 4

Para o cálculo da energia no item (c), o processo ocorre em cinco etapas:
– Aquecer o gelo de -10^\circ C até 0^\circ C, usando Q=m\,c_{\mathrm{gelo}}\,\Delta T.
– Fundir o gelo a 0^\circ C, usando Q=m\,L_{\mathrm{fusão}}ã.
– Aquecer a água líquida de 0^\circ C até 100^\circ C, usando Q=m\,c_{\mathrm{água}}\,\Delta Tá.
– Vaporizar a água a 100^\circ C, usando Q=m\,L_{\mathrm{vaporização}}çã.
– Aquecer o vapor de 100^\circ C até 150^\circ C, usando Q=m\,c_{\mathrm{vapor}}\,\Delta T.

Passo 5

Calculamos até a vaporização (etapas 1 a 4):
m = 50~\text{g} = 0,05~\text{kg}.
Q_1 = 0,05 \times 2220 \times \bigl(0 - (-10)\bigr) = 1110~\text{J},
Q_2 = 0,05 \times 333\,000 = 16\,650~\text{J},
Q_3 = 0,05 \times 4187 \times (100 - 0) = 20\,935~\text{J},
Q_4 = 0,05 \times 2\,256\,000 = 112\,800~\text{J}.
Q_{\text{parcial}} = Q_1 + Q_2 + Q_3 + Q_4 = 151\,495~\text{J}.

Passo 6

Para completar o processo até 150^\circ C, faltaria calcular
Q_5 = m\,c_{\mathrm{vapor}}\,(150 - 100).
Como o valor de c_{\mathrm{vapor}} (calor específico do vapor) não foi fornecido, não é possível determinar esse termo nem a energia total solicitada.

Resposta

Não é possível calcular a energia total até 150^\circ C porque o calor específico do vapor não foi fornecido.

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