Uma panela de ferro com massa igual a
contém
de água a uma temperatura de
. Um bloco de cobre de
a
é colocado dentro da panela com água. Calcule (a) qual a temperatura final da água, supondo que não ocorra perda de calor para o ambiente, (b) qual deveria ser a temperatura inicial mínima do bloco de cobre para que a temperatura final fosse igual à temperatura de ebulição da água e © qual seria a quantidade (massa) de vapor gerado se fosse derramada a mesma quantidade de cobre só que derretido?
,
,
, temperatura de fusão do cobre
, calor latente de fusão do cobre
, calor latente de vaporização da água
.
Passo 1
Beleza, vamos recapitular o que o enunciado pede e quais assuntos vamos usar.
Aqui temos uma panela de ferro (massa 0,5 kg) com água (0,2 kg), ambas a 25 °C. A gente coloca um bloco de cobre de 0,25 kg a 150 °C dentro.
Conteúdo da matéria: caloria, calor específico e conservação de energia (mistura de corpos).
O que precisamos:
Aqui temos uma panela de ferro (massa 0,5 kg) com água (0,2 kg), ambas a 25 °C. A gente coloca um bloco de cobre de 0,25 kg a 150 °C dentro.
Conteúdo da matéria: caloria, calor específico e conservação de energia (mistura de corpos).
O que precisamos:
- Usar que o calor perdido por um corpo = calor ganho pelos outros.
- Valores:
•
•
•
• Latentes e temperaturas de fusão/ebulição dadas.
A partir do próximo passo a gente monta a equação e resolve.
Passo 2
(a) Temperatura final
quando não sobra calor pro ambiente.
- Primeiro, converte tudo pra gramas:
- panela: 0,5 kg = 500 g
- água: 0,2 kg = 200 g
- cobre: 0,25 kg = 250 g
- Calor que o cobre perde ao passar de 150 °C pra
: - Calor que água + panela ganham ao subir de 25 °C pra
: - Igualando calor perdido = calor ganho:
Simplificando: - Resolve-se para
:
Passo 3
(b) Temperatura inicial mínima do bloco de cobre pra fazer a mistura chegar a 100 °C.
- Calor necessário pra água + panela subirem de 25 °C a 100 °C:
- Esse calor deve sair do resfriamento do cobre de
a 100 °C: - Igualando:
Passo 4
© Massa de vapor gerada se jogarmos a mesma massa de cobre “já derretido” (ou seja, sem precisar fundir) inicialmente a 1085 °C.
- Primeiro, o cobre líquido esfria de 1085 °C a 100 °C, liberando:
- Desse total, 19125 cal servem pra aquecer água+panela até 100 °C (veja passo b).
- O que sobrar vaporiza parte da água a 100 °C:
- Com
, a massa de vapor é
Resposta
(a)
.
(b) Temperatura inicial do cobre .
© Massa de vapor gerada .
(b) Temperatura inicial do cobre
© Massa de vapor gerada