Questão 2) Dentro de uma garrafa térmica contém
de água à
. Misturam-se então nesta água 120 g de gelo à
. Considerando que a garrafa térmica não absorva calor (calorímetro ideal), calcule a temperatura no interior da garrafa, após atingido o equilíbrio térmico.
Passo 1
O enunciado diz que temos
de água a
e
de gelo a
. O objetivo é achar a temperatura de equilíbrio térmico assumindo calorímetro ideal (nenhum ganho ou perda de calor externo). Vamos usar o princípio da conservação de energia: o calor perdido pela água quente será igual ao calor ganho pelo gelo (aquecimento do gelo, fusão e aquecimento da água de fusão). Precisamos também destes dados termodinâmicos: calor específico da água líquida
, calor específico do gelo
e calor latente de fusão
.
Passo 2
Primeiro vamos calcular o calor necessário para levar o gelo de
até
e depois derretê-lo. O calor para aquecer o gelo é dado por
Em seguida, o calor para a fusão do gelo a
é
Até aqui o gelo vira água a
tendo absorvido
Passo 3
Depois que o gelo vira água a
, se a temperatura final
for maior que zero, ainda precisamos aquecer essa água desde
até
. O calor necessário é
Passo 4
Agora calculamos o calor que a água quente de
perde ao esfriar até
. Esse calor é
Pela conservação de energia:
Passo 5
Substituindo os valores, temos
Expandindo e isolando
:
Resposta
A temperatura de equilíbrio térmico dentro da garrafa é aproximadamente 40,9 °C.