Question

Um copo de vidro, contendo em seu interior 100 g de água e 100 g de gelo, encontra-se sobre uma fonte de calor, inicialmente desligada. Em um dado instante, a fonte de calor é ligada e fornece calor ao sistema água-gelo-copo a uma taxa constante de 20 cal/s.

Considere que a pressão atmosférica é equivalente a 1 atm, que o sistema água-gelo-copo encontra-se inicialmente em equilíbrio térmico, e despreze as demais interações do sistema com o ambiente.


Dados

Calor específico da água = 1 cal/gºC

Calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g

Capacidade térmica do copo de vidro = 5 cal/ºC


Com base nos dados e nas informações acima, responda.

Qual o tempo gasto para que o sistema água-gelo-copo atinja a temperatura de 40 ºC?

Answer 1

Resposta:

Explicação:

Qtotal = Qágua + Qgelo + Q copo

Qtotal = (m · c · ∆T)água + (m · L + m · c · ∆T)gelo + (m · c · ∆T)copo

Como a capacidade térmica do copo é dada pelo produto da massa pelo calor específico,  temos:

Qtotal = 100 · 1 · (40 – 0) + [100 · 80 + 100 · 1 · (40 – 0)] + 5 · (40 – 0)

Qtotal = 4000 + [8000 + 4000] + 200

Qtotal  = 16200 cal

Da definição de Potência térmica (Pot), temos:

Pot = Qtotal / ∆t

20 = 16200/ ∆t

 20∆T = 16200

∆T = 810s

Então, o tempo necessário para que o sistema atinja o equilíbrio térmico será de  810 segundos