Exercícios Resolvidos de Transferência de Calor

UFPE, Física 2, PF - 2015.1, Questão 7

Uma garrafa térmica isolada contém 90 g de água a uma temperatura de 20 ° C . Inserimos um cubo de gelo de 10 g a - 10 ° C para esfriar a água. Qual é a temperatura final da mistura quando ela atinge o equilíbrio térmico? [ Dados: calor de fusão da água L   =   80   c a l / g ; calor específico da água c a   =   1   c a l / g . K ; calor específico do gelo: c g   =   0,5   c a l / g . K .]

Passo 1

Como temos muito mais água que gelo, podemos presumir que o gelo vai se derreter. Então vamos calcular quanto de calor o gelo recebe para virar água a 0 ° .

Primeiro ele vai virar gelo a 0 °   C e para isso ele precisa de

Q = m . c . Δ T = 10.0,5 . 0 - - 10 = 50   c a l

Agora ele vai virar água a 0 °   C

Q = m . L = 10.80 = 800   c a l

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Passo 2

Agora vamos ver se o que assumimos estava certo, vamos ver quanto de energia a água cederia se chegasse até 0 °   C

Q = 90.1 . 0 - 20 = - 1800   c a l

Então o que assumimos estaca certo, a água tem energia suficiente para transformar o gelo em água a 0 °   C , e ainda sobra

Q = 1800 - 800 - 50 = 950   c a l

Essa quantidade de calor que sobra a água vai usar para subir sua temperatura de 0 ° C   até T , lembrando que agora temos 100   g de água.

950 = 100 .   1 .   T - 0

T = 950 100

T = 9,5 ° C

Resposta

T e q = 9,5 ° C  

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