O manual de instalação de um refrigerador afirma que uma quantidade de 250 g de água, inicialmente a 23 ºC e sob pressão de 1,0 atm, demora cerca de 60 minutos para ser completamente congelada dentro do freezer. O calor específico da água líquida é 4,0 J/g °C, e o calor latente de fusão é 320 J/g. Dessa forma, a taxa média de perda de calor da água para o refrigerador é aproximadamente igual a
a) 6,4 W.
b) 22 W.
c) 29 W.
d) 383 W.
e) 1 300 W.
a) 6,4 W.
b) 22 W.
c) 29 W.
d) 383 W.
e) 1 300 W.
Passo 1
Então, vamos lá! O exercício fala sobre congelar 250 gramas de água que estão a 23 °C em um freezer. A gente precisa calcular a taxa média de perda de calor desse processo. Para resolver isso, vamos usar conceitos de calor específico e calor latente de fusão, que são parte da termodinâmica.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular o calor necessário para baixar a temperatura da água de 23 °C até 0 °C. A fórmula que usamos aqui é:
Onde:
- $ m = 250 , g $ (massa da água)
- $ c = 4,0 , J/g°C $ (calor específico da água)
- $ \Delta T = 23 , °C $ (variação de temperatura)
Fazendo a conta:
Passo 3
Agora, vamos calcular o calor necessário para congelar a água a 0 °C. Para isso, usamos o calor latente de fusão:
Onde:
- $ L = 320 , J/g $ (calor latente de fusão da água)
Então:
Passo 4
Somando os dois calores para achar o total de calor perdido:
Passo 5
A gente sabe que o tempo para esse processo foi de 60 minutos, que é igual a 3600 segundos. A taxa de perda de calor (potência) é calculada por:
Passo 6
Arredondando, a taxa média de perda de calor é aproximadamente 29 W.
Resposta
A taxa média de perda de calor é aproximadamente igual a 29 W, opção c).