Exercícios Resolvidos de Transferência de Calor

PUCRIO, Física 2- FIS1041, P3 - 2010.2, Questão 1° Questão ab

I

Uma caixa de isopor contendo 5,0   k g   de gelo a 0 , troca calor com o meio ambiente a

uma taxa constante de 7 × 10 4   J / h o r a . O calor de fusão da água a pressão atmosférica é L F = 3,34 × 10 5 J / k g .

a ) Quanto tempo demora o gelo para se derreter completamente?

b ) Que temperatura alcançaria a água se continuasse recebendo calor com a mesma taxa por um tempo igual ao calculado no item anterior? (o calor específico da água é c = 4,19 × 10 3   J   / k g .   K .)

Passo 1

a )

Para calcular o tempo necessário, precisamos nos lembrar da fórmula para de calor latente, tendo em vista que a agua está apenas mudando de fase!

Q = m . L

Agora vamos calcular o calor necessário para derretor todo o gelo:

Q = 5,0 .   3,34 × 10 5

Q = 16,7   × 10 5   J

MOSTRAR SOLUÇÃO COMPLETA

Passo 2

Agora que temos o calor necessário, vamos calcular em quanto tempo ele será fornecido! Para isso vamos lembrar da definição de potencia:

P = Q Δ T

Substiuindo os valores que temos:

7 × 10 4 = 16,7 × 10 5 Δ T  

Δ T = 23,9   h o r a s

Passo 3

b )

Para calcular a variação de temperatura que a água, precisamos nos lembrar da fórmula de calor específico:

Q = m .   c .   Δ T

Quando o enunciado diz que a água irá receber pela mesma quantidade de tempo a mesma potência do ambiente, ele quer dizer, em outras palavras que a água irá receber a mesma quantidade de calor calculada no item anterior! Sacou?!

Então vamos lá!

Q = m . c . ( T f - T i )

16,7 × 10 5 = 5,0 .   4,19 × 10 3 ( T f - 273 )

Lembrando que estamos no S.I, então a temperatura deve estar em Kelvins!

T f = 79,7 + 273

T f = 352,7   K = 79,7  

Resposta

a )   Δ T = 23,9   h o r a s

b )   T f = 352,7   K = 79,7  

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