Questão
. Um recipiente aberto de cobre de massa igual a
contém
de gelo a
(ambos em equilibrio térmico). Fornece-se calor ao recipiente a uma taxa constante de
através de uma chapa térmica. (a) Quanta energia na forma de calor é necessária para levar o sistema até
? (b) Quanto tempo leva para o gelo começar a derreter? (c) Quanto calor o gelo precisa para derreter completamente? (d) Quanto tempo dura o item (c)? (e) Quanto calor o recipiente absorve durante o item (c)? Justifique sua resposta. (f) Quanto calor é necessário para levar o sistema até
a partir do derretimento do gelo? (g) Em relação a este último estado (sistema a
), quanto tempo se passou desde o estado inicial do sistema e quanto calor a chapa térmica forneceu? (h) Se o sistema permaneceu o total de 600 min sobre a chapa térmica, qual a situação final: temperatura final do sistema e quantidade de água.
Passo 1
O enunciado dá um recipiente de cobre de massa
contendo gelo de massa
a
. Fornece-se calor à taxa constante
. Precisamos usar:
– Calor sensível: .
– Calor latente de fusão do gelo: , com
.
– Relação entre calor e tempo: .
As capacidades térmicas são ,
,
.
– Calor sensível:
– Calor latente de fusão do gelo:
– Relação entre calor e tempo:
As capacidades térmicas são
Passo 2
Calor para aquecer o gelo e o recipiente de
até
:
Passo 3
Tempo para chegar a
:
Passo 4
Calor para derreter totalmente o gelo a
:
Passo 5
Tempo para derreter o gelo:
Passo 6
Durante a fusão o sistema permanece a
, logo o recipiente não sofre variação de temperatura. Assim, o calor absorvido pelo cobre no item de fusão é
Passo 7
Calor para aquecer água (0,50 kg) e recipiente (0,30 kg) de
até
:
Passo 8
Calor total e tempo para chegar a
:
Passo 9
Se a chapa ficou ligada
, sobra
calor extra
Esse calor faz evaporar parte da água a
. Com
, sai
Logo, a água restante é
e a temperatura final permanece
.
Resposta
(a)
(b)
(c)
(d)
(e) (sem variação de
do cobre).
(f)
(g) ;
(h) Temperatura final , massa de água
.
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h) Temperatura final