Uma pessoa faz chá gelado misturando 500 g de chá quente (que se comporta como água pura) com a mesma massa de gelo no ponto de fusão. Suponha que a troca de energia entre a mistura e o ambiente é desprezível. Se a temperatura inicial do chá é
, qual é (a) a temperatura da mistura
e (b) a energia necessária para fundir todo o gelo?
Passo 1
Temos
de chá (água) a
e
de gelo a
. Desprezamos trocas com o ambiente. O conteúdo é calorimetria: equacionar conservação de energia térmica e uso de calor específico da água e calor latente de fusão do gelo.
Passo 2
Definimos os dados térmicos:
Se todo o gelo fundir, haverá troca de calor do chá que se resfria de
até
para o gelo que primeiro funde e depois aquece de
até
.
Passo 3
Escrevemos o balanço de energia: calor perdido pelo chá = calor de fusão do gelo + calor para aquecer a água de fusão até
.
Passo 4
Substituindo
,
e
, temos
Multiplicando por 2 em ambos os lados e reorganizando,
Agora calculamos numericamente:
Passo 5
A energia necessária para fundir todo o gelo (de
sólido a
líquido) é
Resposta
(a)
(b)
(b)