Nitrogênio líquido tem ponto de ebulição de
e calor latente de vaporização de
. Um elemento aquecedor de
é imerso em um vasilhame isolado contendo
de nitrogênio líquido em seu ponto de ebulição. Quantos quilogramas de nitrogênio fervem em um período de
?
Passo 1
Beleza, vamos lá! O exercício fala sobre nitrogênio líquido que ferve a uma temperatura de
e tem um calor latente de vaporização de
. A gente tem um aquecedor de
mergulhado em um recipiente isolado com
de nitrogênio líquido na temperatura de ebulição. A pergunta é: quantos quilogramas de nitrogênio vão ferver em
? Para resolver isso, vamos precisar entender como calcular a energia fornecida pelo aquecedor e como essa energia está relacionada à quantidade de nitrogênio que ferve, usando o conceito de calor latente.
Passo 2
Primeiro, precisamos calcular a quantidade total de energia que o aquecedor vai fornecer durante as 4 horas. Sabemos que potência (
) é a taxa de fornecimento de energia, medida em watts (W), que equivale a joules por segundo (J/s). Então, a energia total (
) fornecida é o produto da potência pelo tempo (
).
A fórmula é:
Passo 3
Agora, vamos calcular o tempo em segundos, porque a potência está em watts (J/s). Sabemos que 1 hora tem 3600 segundos, então 4 horas são:
Passo 4
Com o tempo em segundos, podemos calcular a energia total fornecida pelo aquecedor:
Passo 5
Agora que sabemos a energia total fornecida, vamos relacionar isso com o calor latente de vaporização do nitrogênio para encontrar a massa que ferverá. A fórmula é:
Onde:
-
é a energia fornecida, -
é a massa de nitrogênio que ferve, -
é o calor latente de vaporização.
Rearranjando para encontrar
:
Passo 6
Substituindo os valores:
Resposta
Aproximadamente
quilogramas de nitrogênio irão ferver em um período de
.