Calorimetria - TF2

por castelo_hsi Qua 25 Out 2023, 18:05

O que ocorre no final, quando misturamos gelo e água?

Admitindo-se que a água e o gelo só troquem calor entre si e que a pressão atmosférica seja constante e igual a 1,0 atm, a resposta a essa pergunta é: “Dependendo das massas de gelo e de água existentes inicialmente na mistura, na situação final de equilíbrio térmico, cinco situações distintas poderão ocorrer:

• presença exclusiva de gelo abaixo de 0° C;

• presença exclusiva de gelo a 0° C;

• uma mistura de gelo e água a 0°C;

• presença exclusiva de água a 0 °C;
• presença exclusiva de água acima de 0 °C.

Considere, então, que sejam misturados 400 g de gelo a -10 °C com 600 g de água a 20 °C de modo a constituírem um sistema termicamente isolado sob pressão atmosférica normal, de 1,0 atm.

Dados: calor específico do gelo = 0,50 cal/g°C; calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g; calor específico da água = 1,0 cal/g°C; calor específico latente de solidificação da água: -80 cal/g.

Com base nessas informações, responda:

a) Qual a temperatura de equilíbrio térmico do sistema, θ, bem como a massa total de água, Ma, observada na situação final?
b) Qual a massa de gelo a -10 °C, Mg, que deverá ser introduzida na mistura para se verificar no equilíbrio térmico presença exclusiva de gelo a -2,0 °C ?

GABARITO:

por **Elcioschin** Qua 25 Out 2023, 18:53

Calor recebido pelo gelo de -10 ºC a 0 ºC sem liquefazer: Qg = 400.0,5.10 --> Qg = 2 000 cal

Calor recebido pela água de 20 ºC a 0 ºC sem solidificar: Qa = 600.1,0.20 --> Qa = 12 000 cal

Como Qa > Qg a diferença de calor de 12 000 - 2 000 = 10 000 cal servirá para derreter uma massa m de gelo (que poderia até ser a massa total)

10 000 = m.80 ---> m = 125 g

Temperatura de equilíbrio = 0 ºC --->

Massa final de gelo = 400 - 125 = 275 g ---> massa final de água = 600 + 125 = 725 g

Deixo para vc fazer a b)

por castelo_hsi Qui 26 Out 2023, 10:09

Muito obrigado pela ajuda na letra a), mestre, o senhor me safou demaisssss!

1) água ---> água (0 °C): Q = 600.1.(-20) ---> Q = -12000 cal
2) água (0 °C) ---> gelo (0 °C): Q' = 600.(-80) ---> Q' = -48000 cal
3) gelo (0 °C) ---> gelo (-2 °C): Q'' = 600.0,5.(-2) ---> Q''' = -600 cal

Total: Q1 = -60600 cal

Agora, teríamos:

4) Q2 = (400 + Mg).0,5.8 ---> Q2 = 1600 + 4Mg

Porém:

5) Q1 + Q2 = 0 ---> Mg = 14750 g