Equilíbrio térmico

Coloca-se em um copo de capacidade térmica desprezível uma massa m de água que se encontra, inicialmente,à temperatura de 20°C.Em seguida, uma massa m/2 de gelo a 0°C é colocada e a mistura água-gelo enche o copo completamente sem transbordar.O calor específico da água é 1 cal/g°c e o calor latente de fusão do gelo é de 80cal/g.Desprezando as trocas de calor com o meio ambiente ,podemos afirmar que depois de alcançado o equilibrio térmico,dentro do copo

a)a água estará a 5°C
b)a água estará a 10°C
c)a água estará a 13,3°C
d)haverá água e gelo a 0°C
e)haverá apenas água a 0°c

Vamos ver primeiro se água tem capacidade para derreter o gelo todo, comparando os calores necessários:

1) Para a água chegar a zero graus ela libera:



2) Para o gelo derreter todo (permanecendo como água líquida a zero graus) ele consumirá:



O que vemos é que a água não é capaz de derreter o gelo todo, portanto apenas uma parte do gelo derrete, restando ao final água e gelo a zero grau. O calor que a água pode liberar é suficiente para fundir metade da massa do gelo

Haverá água e gelo a zero graus.