em um calorímetro são colocados 2 kg de agua, no estado liquido, a uma temperatura de 0ºC. A seguir, são adicionados 2 kg de gelo, a uma temperatura não especificada. Após algum tempo, tenso sido atingido o equilíbrio térmico, verifica-se que a temperatura de mistura é de 0ºC e que a massa de gelo aumento em 100g. Considere que o calor específico do gelo (c=2,1 kJ/kg.ºC) é a metade do calor específico da água e que o calor latente de fusão do gelo é de 330 kJ/kg; e desconsidere a capacidade térmica do calorímetro e a troca de calor com o exterior. Nessas condições, a temperatura do gelo que foi inicialmente adiciona à água era, aproximadamente:alguém me explica?
Respostas
A temperatura do gelo inicial é de - 7,9 ºC.
Explicação:
Veja que na verdade o que aconteceu é que 0,1 kg de água se congelou, ou seja, foi formada.
Para haver o congelamento dessa nova massa, é necessário que a fase que estava congelada, abaixo de zero, absorva energia suficiente, indo a 0 ºC e congele essa nova massa durante esse processo. Veja que foi dito no enunciado que a água já se encontrava a 0 ºC, ou seja, ela não tinha como fornecer mais energia para a massa de gelo original aquecer até 0 ºC.
O valor dessa massa que se congelou é capaz de nos fornecer quanta energia que foi absorvida pela parte de gelo e, consequentemente, determinar a qual temperatura que a massa congelada se encontrava originalmente. Sendo assim:
Q(gelo) = - Q(água)
Q(sensível) = - Q(latente)
m.c.ΔT = m.L
2.2,1 x 10³.(0 - T₀) = - 0,1.(- 330.10³)
T₀ = - 7,9 ºC.