Questão 1: Calor Sensível e Calor Latente
Durante um processo de aquecimento, 1 kg de gelo a
-10^{\circ} \mathrm{C} é convertido em vapor d’água a 120^{\circ} \mathrm{C}.
Sabendo que:
  • Calor específico do gelo: 2,1 \mathrm{~kJ} / \mathrm{kg} \cdot{ }^{\circ} \mathrm{C}
  • Calor latente de fusão: 334 \mathrm{~kJ} / \mathrm{kg}
  • Calor específico da água líquida: 4,18 \mathrm{~kJ} / \mathrm{kg} \cdot{ }^{\circ} \mathrm{C}
  • Calor latente de vaporização: 2256 \mathrm{~kJ} / \mathrm{kg}
  • Calor específico do vapor: 2,0 \mathrm{~kJ} / \mathrm{kg} \cdot{ }^{\circ} \mathrm{C}
Determine:
O calor necessário apenas para a fusão.

Passo 1

Dados fornecidos e o que a questão pede:
  • Massa: m=1\\ \mathrm{kg}.
  • Estado inicial (dado no enunciado): gelo a -10^\circ\mathrm{C} (informação útil para outras partes, mas a pergunta aqui pede apenas a fusão).
  • Constante fornecida relevante para a fusão: calor latente de fusão L_f = 334\\ \mathrm{kJ/kg}.
  • Pergunta: “O calor necessário apenas para a fusão.” Ou seja, quanto de energia é necessária para transformar 1\\ \mathrm{kg} de gelo sólido em 1\\ \mathrm{kg} de água líquida, ambos à temperatura de fusão (ou, dito de outro modo, a energia associada somente à mudança de fase, sem considerar o aquecimento até 0^\circ\mathrm{C} nem aquecer a água depois).

Passo 2

Conceito e fórmula que vamos usar (aula rápida e prática):
  • Calor latente de fusão é a energia necessária para mudar a fase de uma substância de sólido para líquido sem alteração de temperatura. No caso da água pura, essa mudança ocorre a 0^\circ\mathrm{C}.
  • A fórmula básica é:
Q_{\text{fusão}} = m \, L_fã
onde:
  • Q_{\text{fusão}}ã é o calor necessário para a fusão, em \mathrm{kJ} (ou \mathrm{J} se convertermos),
  • m é a massa em \mathrm{kg},
  • L_f é o calor latente de fusão em \mathrm{kJ/kg}.
  • Dica prática para prova: sempre verifique as unidades de L_f. Se estiver em \mathrm{kJ/kg} e m em \mathrm{kg}, o resultado sai direto em \mathrm{kJ}.

Passo 3

Aplicando a fórmula com os valores dados:
Q_{\text{fusão}} = m \, L_f = 1\\ \mathrm{kg}\times 334\\ \mathrm{kJ/kg} = 334\\ \mathrm{kJ}.ã
Verificação de unidades: \mathrm{kg}\times\mathrm{kJ/kg}=\mathrm{kJ}, consistente.
Se quiser em joules:
334\\ \mathrm{kJ} = 334000\\ \mathrm{J}.

Passo 4

Observação final (útil para a prova):
  • Você já fez certo se respondeu apenas a fusão com 334\\ \mathrm{kJ}. Não inclua o aquecimento do gelo de -10^\circ\mathrm{C} até 0^\circ\mathrm{C} nem o aquecimento/vaporização posteriores, pois a pergunta pediu explicitamente “apenas para a fusão”.
  • Para lembrar: calor total em um processo que atravessa várias etapas é a soma das parcelas (sensible + latente + sensible), mas aqui usamos só a parcela latente de fusão. Força aí — você tá pegando o jeito!

Resposta

334\\ \mathrm{kJ}

Exercícios relacionados