Question

Quando você coloca uma colher em uma xícara de café quente, a colher esquenta e o café esfria e eles tendem a atingir o equilíbrio térmico. A interação que produz essas variações de temperatura é basicamente uma transferência de energia entre uma substância e a outra (Young & Freedman, 2008). Além de ocorrer variação de temperatura a substância pode também sofrer uma mudança de fase, como por exemplo, o gelo derretendo (processo conhecido como fusão). Durante a mudança de estado a temperatura da substância permanece constante.

Considere um recipiente fechado e isolado de massa desprezível que contém em seu interior 0,375 kg de água a uma temperatura inicial de 65°C. Quantos quilogramas de gelo inicialmente a – 10°C devem ser colocados na água para que a temperatura final do sistema seja igual a 20°C após ser atingido o equilíbrio térmico? Despreze a perda de calor para o ambiente externo.
Dados: calor específico do gelo: cgelo = 2100 J/kg.K, calor específico da água líquida: cágua = 4190 J/Kg.K, calor latente de fusão (gelo em água): LF = 334x103 J/kg.

Answer 1

Olá,
Primeiramente vamos calcular o calor perdido da água até 20 °C: 

Q=m.c.Δt
Q=0,375.4190.(20-65)
Q=-70 706,25 J

Logo, o calor latente do gelo, somado ao calor cedido para o gelo de -10°C até 0 °C deve ser numericamente igual a este valor de calor perdido da água, já que não há trocas de calor externas.

CalorCedido + CalorLatente = 70 706,25
m.2100.(0-(-10)) + m.334 000 = 70 706,25
m(21000 + 334 000)= 70 706,25
m=0,199 kg


Espero ter ajudado.