Mudança de estado / calorimetria

por Endrik Qua 06 Abr 2016, 16:32

(AFA) Uma barra de gelo de 100 g de massa a -20ºC é colocada num recipiente com 15 g de água líquida a 10ºC. Sabe-se que o calor específico do gelo vale 0,55 cal/gºC e o da água, 1,0 cal/gºC. Qual a temperatura final de equilíbrio?

A resposta no meu livro é 0ºC.

Eis a minha tentativa de resolução:

Q = m . c . T
Q = 15 . 1 . 10
Q = 150 cal (calor cedido pela água a 10ºC para atingir 0ºC)

Q = m . c . T
Q = 100 . 0,55 . (0 -(-20))
Q = 1100 cal (calor de que o gelo necessita para atingir 0ºC)

De que forma posso continuar o raciocínio?

Levando em considerando o calor latente de fusão de água (80 cal/g), posso descobrir qual a massa restante de gelo?

por **Christian M. Martins** Qua 06 Abr 2016, 16:40

Para que essas 15 g de água se tornem gelo:

Q = mL_f
Q = 15*80 = 1200 cal devem ser transferidos

Entretanto, como você demonstrou, o gelo precisa apenas de 1100 cal para atingir a temperatura de 0 °C (e 150 cal já foram transferidos pela água para atingir tal temperatura); portanto, o calor que será EFETIVAMENTE transportado APÓS o atingir de 0 °C pela água é 1100 - 150 = 950 cal.

Para a sua segunda pergunta: sim, é possível. Basta somar à massa de gelo inicial a massa de água fundida com a transferência dos 950 cal:

Q = mL_f
Q/L_f = m
950/80 = 11,875 g

11,875 + 100 = 111,875 g

por Endrik Qua 06 Abr 2016, 16:54

Entendi seu raciocínio, mas não entendi por que necessariamente é 0 graus a temperatura de equilíbrio...

por **Christian M. Martins** Qua 06 Abr 2016, 16:58

Quando as substâncias atingem exatamente a mesma temperatura não há mais necessidade de haver transferência de calor. Elas atingem a mesma temperatura a 0 °C.