Utilize as seguintes propriedades da água em diferentes fases (sob pressão ambiente) para resolver as questões a seguir (assumindo-as constantes nas faixas de temperatura usadas):
ll De<a hsl, 0^circ C=333 kJ / kg & De<a hlv, 100^circ C=2250 kJ / kg Cp liq =4184 J /(kg cdot K) & Cp vap =1500 J /(kg cdot K) Cp sol =2100 J /(kg cdot K)
Uma garrafa aberta contem 2 kg de água a 20^circ C. Calcule a energia que deve ser removida do sistema para converter essa massa de água em gelo a -5^circ C.

Passo 1

O enunciado pede a energia que deve ser removida para converter 2,\mathrm{kg}\ de água líquida a 20^circ C em gelo a -5^circ C. Vamos usar calor sensível e calor latente, com as seguintes etapas:
– Resfriar a água de 20^circ C até 0^circ C (calor sensível, líquido).
– Congelar a 0^circ C (calor latente de fusão).
– Resfriar o gelo de 0^circ C até -5^circ C (calor sensível, sólido).

Passo 2

Resfriamento da água de 20^circ C a 0^circ C:
Q1 = m,cp,liq,(Tf-Ti) =2cdot4184cdot(0 - 20) =-167360 J =-167,36 kJ

Passo 3

Congelamento da água a 0^circ C:
Q2 = m,De<a hsl =2cdot333 =666 kJ
Como é energia removida, tomamos Q2=-666 kJ.

Passo 4

Resfriamento do gelo de 0^circ C a -5^circ C:
Q3 = m,cp,sol,(Tf-Ti) =2cdot2100cdot(-5 - 0) =-21000 J =-21 kJ

Passo 5

Somando todas as etapas:
Qtotal=Q1+Q2+Q3 =-167,36 kJ ;-;666 kJ ;-;21 kJ =-854,36 kJ

Resposta

A energia que deve ser removida é aproximadamente 854,4 kJ (ou 8,54times10^5 J).

Exercícios relacionados