Uma panela de cobre de 300 g contém 100 g de água, ambas estão a 20 C . Um pedaço de ferro muito quente, de 400 g , é colocado dentro da panela, fazendo com que a água ferva, sendo
convertidos em vapor. Qual a temperatura inicial do ferro?
Passo 1
O enunciado trata de um problema de equilíbrio térmico envolvendo calor sensível e calor latente. Temos uma panela de cobre e água a
, e um pedaço de ferro muito quente que, ao ser mergulhado, faz parte da água evaporar. Precisaremos usar:
– Calor sensível para panela e água até
.
– Calor latente de vaporização para a fração de água que vira vapor.
– Balanço de energia: calor perdido pelo ferro calor ganho pela panela
água
vapor.
– Calor sensível
– Calor latente de vaporização
– Balanço de energia: calor perdido pelo ferro
Passo 2
Listando os dados e constantes (valores típicos):
(calor latente da água)
Fração de água vaporizada: de
.
Temperatura final de equilíbrio: .
Fração de água vaporizada:
Temperatura final de equilíbrio:
Passo 3
Calor sensível absorvido pela panela e pela água ao aquecer de
a
:
Substituindo:
Passo 4
Calor latente para vaporizar
de água a
:
Passo 5
O calor total ganho pela panela e água é
Esse calor vem do ferro que esfria de temperatura inicial
até
:
Pelo equilíbrio térmico
, logo
Resposta
A temperatura inicial do ferro era aproximadamente
.