Exercícios Resolvidos de Transferência de Calor

UFRJ, Física 2, PF - 2014.1, Questão M4

Seja um copo com 200 m l de água a 20 ° C . Despreze a capacidade térmica do copo e considere que o sistema esteja isolado. Adiciona-se 50 g de gelo a 0 ° C e espera-se que o sistema atinja o equilíbrio térmico. Sabendo que o calor latente de fusão da água é aproximadamente de 80   c a l / g e que o calor latente de vaporização é aproximadamente de 540 c a l / g , o calor necessário pra ferver a água do copo, de modo que ela evapore completamente, é igual a:

  1. 17,3 x 10 3 k c a l
  2. 159 k c a l
  3. 283 c a l
  4. 1820 k c a l
  5. 325 k c a l

Passo 1

Bom, vamos lá: Primeiramente, nós jogamos gelo na água que estava com 20 ° C . Vamos supor que todo o gelo derreta continuando a 0 ° C , e vamos tentar calcular a nova temperatura do sistema:

Q g e l o = m g e l o L f u s ã o + m g e l o c a T á g u a   d o   g e l o = 50.80 + 50 T f - 0 = 4000 + 50 T f  

Repare que aqui consideramos os calores latente e sensível do gelo.

E, como a soma dos calores dá zero:

m á g u a . c a T + Q g e l o = 0

200.1 . T f - 20 + 4000 + 50 T f = 0

250 T f - 4000 + 4000 = 0

T f = 0 ° C

MOSTRAR SOLUÇÃO COMPLETA

Passo 2

Então, todo o gelo derreteu e acabamos com um monte de água numa temperatura de 0 ° C .

Assim, precisamos aumentar a temperatura dessa água até 100 ° C e depois evaporá-la.

Assim:

Q a q u e c i m e n t o = m . c a T

m = 200 + 50 = 250 g

Então:

Q a q u e c i m e n t o = 250.1 . T = 250.1 . 100 - 0 = 25000   c a l

E o calor necessário pra evaporar isso tudo é:

Q e v a p o r a ç ã o = m L e v a p o r a ç ã o = 250 . 540 = 135000   c a l

Então, o calor total que a gente tem que fornecer vai ser a soma desses dois calores.

Passo 3

Q = 25000 + 135000 159 k c a l

Resposta

b)

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