(
pontos): Um estudante deseja refriar
da caneca é 100 g e o calor especifico do aço é igual a
. A temperatura inicial da água e da caneca é de
. O estudante coloca um pedaço de gelo com massa igual a 150 g e temperatura de
. Qual é a temperatura final de equilibrio térmico. Despreze as perdas para a vizinhança.
Passo 1
O enunciado trata de um problema de calorimetria: temos
g de água e uma caneca de aço de
g, ambos a
C, nos quais introduzimos
g de gelo a
C. O conteúdo é equilíbrio térmico sem trocas com o meio externo. Vamos aplicar conservação de energia (calor cedido
calor absorvido), considerando:
– Calor específico da água .
– Calor específico do aço .
– Calor específico do gelo .
– Calor latente de fusão do gelo .
Denotando a temperatura final de equilíbrio por , vamos escrever o balanço de calor.
– Calor específico da água
– Calor específico do aço
– Calor específico do gelo
– Calor latente de fusão do gelo
Denotando a temperatura final de equilíbrio por
Passo 2
Calor absorvido pelo gelo ocorre em três etapas:
. Aquecimento do gelo de
C até
C.
. Fusão do gelo a
C.
. Aquecimento da água de fusão de
C até
.
Para cada etapa temos:
Logo, o calor total absorvido pelo gelo é
Passo 3
Calor cedido pela água e pela caneca, ao se resfriarem de
C até
, é
Substituindo valores:
Portanto
Passo 4
Em equilíbrio, calor cedido
calor absorvido, isto é,
Passando termos semelhantes de
para um lado e números para o outro:
Passo 5
Isolando
:
Resposta
A temperatura final de equilíbrio é aproximadamente
.