Exercícios Resolvidos de Transferência de Calor

UFPE, Física 2, PF - 2017.1, Questão 9

Uma garrafa térmica isolada contém um cubo de gelo de massa m g = 10   g a uma temperatura T g = - 40 o C . Um pedaço de cobre de massa m c = 200   g a uma temperatura T c = 50 o C é colocado na garrafa. Qual é a temperatura de equilíbrio T e q e qual o estado final do gelo? Considere o calor específico do cobre c c 0,1   c a l / g o C .

a) T e q = 0 o C e gelo parcialmente derretido

b) T e q > 0 o C e gelo totalmente derretido

c) T e q < 0 o C e gelo não derretido

d) T e q = 0 o C e gelo totalmente derretido

e) T e q = 0 o C e gelo não derretido

f) T e q > 0 o C e gelo parcialmente derretido

Passo 1

Sabemos que o cobre vai perder calor para o gelo até que o sistema todo entre em equilíbrio. Cada calor sensível por ser calculado pela expressão

Q = m c Δ T

Já o calor latente

Q = m L

Sabendo que o equilíbro será alcançado quando

Q = 0

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Passo 2

Para o cobre:

Q c = m c c c T f - T i = 200 0,1 0 - 50

Q c = - 1000   c a l

Para o gelo chegar até 0 o C , dado que c g = 0,5   c a l / g o C :

Q g = 10 0,5 0 - - 40 = 200   c a l

E para derreter todo o gelo, é preciso absorver (onde o calor latente de fusão do gelo é 80   c a l / g )

Q F = m g L F = 10 80 = 800   c a l

Passo 3

E olha só que coincidência:

Q c + Q g + Q F = - 1000 + 200 + 800 = 0

Então o sistema entra em equilíbrio quando todo o gelo derrete a 0 o C !

Resposta

d) T e q = 0 o C e gelo totalmente derretido

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