Determine a quantidade de energia para que um bloco de gelo de
se transforme em vapor a
. Considere
e
e
. Se um resistor que dissipa 30 W de potência fosse a fonte de calor, qual seria o tempo que este resistor deveria permanecer ligado para fornecer toda esta energia. Considere
.
Passo 1
Beleza, o exercício pede para calcular quanta energia é necessária para levar 100 g de gelo a –30 °C até virar vapor a 120 °C, usando calores específicos e calores latentes. Isso cai em calorimetria – a parte da Física que estuda trocas de calor sem considerar trabalho de volume. Vamos precisar de:
• Calor específico do gelo
• Calor latente de fusão do gelo
• Calor específico da água
• Calor latente de vaporização
• Calor específico do vapor
• E a conversão .
• Calor específico do gelo
• Calor latente de fusão do gelo
• Calor específico da água
• Calor latente de vaporização
• Calor específico do vapor
• E a conversão
Passo 2
Primeiro, a gente esquenta o gelo de –30 °C até 0 °C. A fórmula do calor sensível é
onde
Logo:
Passo 3
Agora, fundir o gelo a 0 °C. Isso é calor latente, não muda temperatura:
Passo 4
Com água líquida a 0 °C, esquentamos até 100 °C. De novo calor sensível:
Passo 5
Vaporização da água a 100 °C (outro calor latente):
Passo 6
Por fim, esquentar o vapor de 100 °C até 120 °C:
Passo 7
Somando tudo em calorias:
Convertendo pra joules:
Passo 8
Se o resistor dissipa
W (30 J/s), o tempo necessário é
ou seja, cerca de 2 h 53 min.
Resposta
Energia total:
cal
J).
Tempo de aquecimento com resistor de 30 W: s (
).
Tempo de aquecimento com resistor de 30 W: