Q|C Uma forma de gelo é cheia com
de água. Depois que a bandeja cheia atinge uma temperatura de equilíbrio de
, ela é colocada em um freezer a
para fazer cubos de gelo. (b) Calcule a energia que deve ser removida da água para fazer cubos de gelos a
.
Passo 1
Beleza, vamos começar entendendo o que a questão está pedindo. Temos uma forma com 75,0 g de água inicialmente a 20,0°C. Essa forma é colocada no freezer a -8,00°C para transformar a água em cubos de gelo. A pergunta é: quanto de energia precisa ser removida dessa água para transformá-la em gelo a -8,00°C?
Para resolver isso, vamos precisar usar alguns conceitos de calorimetria, que é a parte da física que estuda as trocas de calor entre sistemas. Vamos quebrar o processo em três etapas:
- Resfriar a água de 20,0°C até 0°C.
- Congelar a água a 0°C, transformando-a em gelo.
- Resfriar o gelo de 0°C até -8,00°C.
Em cada uma dessas etapas, vamos calcular a quantidade de energia (em Joules) que precisa ser removida.
Passo 2
Primeiro, vamos resfriar a água de 20,0°C até 0°C. Para isso, usamos a fórmula:
Onde:
-
(massa da água) -
(calor específico da água) -
(variação de temperatura)
Vamos calcular:
Então, 6.270 J precisam ser removidos para resfriar a água até 0°C.
Passo 3
Agora, vamos congelar a água a 0°C, transformando-a em gelo. Para isso, usamos a fórmula do calor de fusão:
Onde:
-
-
(calor latente de fusão da água)
Calculando:
Portanto, 25.050 J precisam ser removidos para congelar a água.
Passo 4
Por último, vamos resfriar o gelo de 0°C até -8,00°C. Para isso, usamos a fórmula:
Onde:
-
-
(calor específico do gelo) -
(variação de temperatura)
Calculando:
Então, 1.260 J precisam ser removidos para resfriar o gelo até -8,00°C.
Resposta
Somando todas as energias removidas nas três etapas:
Portanto, 32.580 J de energia precisam ser removidos da água para transformá-la em cubos de gelo a -8,00°C.