Trocas de Calor utilizando um calorímetro

Considere um calorímetro (recipiente termicamente isolado) equipado com um aquecedor elétrico cuja resistência é percorrida por uma corrente de 5,1 A quando ligado a uma rede de 220 V. São colocados 1800 gramas de gelo a -10°C no calorímetro, que é ligado à tensão de 220 V. Considerando-se:

• que existe troca de energia apenas entre gelo, água e a resistência do aquecedor;



• que Tg = 0°C é o ponto de fusão da água;



• que Lg = 3,3 × 105 J/kg é o calor latente de fusão do gelo;



• que cg = 2,1 × 103 J/kg.K é o calor específico do gelo;



• e que ca = 4,2 × 103 J/kg.K é o calor específico da água.



Pode-se afirmar que, após 15 minutos de funcionamento, tem-se no interior do calorímetro (assinale a alternativa correta):

a. Apenas gelo a uma temperatura de -2°C.
b. Gelo e água a uma temperatura de 0°C.
c. Apenas água a uma temperatura de 28°C.
d. Apenas água a uma temperatura de 50°C.

Energia fornecida pela resistência durante t = 15 min = 900 s

Massa do gelo: m = 1800 g = 1,8 kg

E = P.t ---> E = U.i.t ---> E = 220.5,1.900 ---> E ~= 10,1.10⁵ J

Calor recebido pelo gelo para chegar a 0 ºC ---> Q = m.c.∆T ---> Q = 1,8.(2,1.10³).10 ---> 
Q = 0,378.10⁵ J

Calor para derreter todo o gelo: Q' = m.Lf ---> Q' = 1,8.(3,3.10⁵) ---> Q' = 5,94.10⁵ J 

Calor total para todo para o gelo virar água a 0 ºC: Qg = Q + Q' ---> Qg = 6,318.10⁵ J

Ainda resta calor para aquecer a água: Qr = E - Qg ---> Qr = 10,1.10⁵ - 6,18.10⁵ ---> Qr =3,78.10⁵ J

Qr = m.c.∆T ---> 3,78.10⁵ = 1,8.(4,2.10³).(T - 0) ---> T = 50 ºC

Caramba,que conta longa.Tem que ter muita certeza de estar indo pelo caminho correto e ter um bom raciocínio nos cálculos com gelo e a água.Valeu mesmo !