Física I ⇒ (PUC/RJ - 2010) Termologia

[DaviBahia]

Uma quantidade de água líquida de massa [tex3]m = 200\,\,g[/tex3], a uma temperatura de [tex3]30\,\,^\circ C[/tex3], é colocada em uma calorímetro junto a [tex3]150\,\,g[/tex3] de gelo a [tex3]0\,\,^\circ C[/tex3]. Após atingir o equilíbrio, dado que o calor específico da água é [tex3]c = 1,0\,\,cal/(g\cdot^\circ C)[/tex3] e o calor latente de fusão do gelo é [tex3]L = 80\,\,cal/g[/tex3], calcule a temperatura final nessa situação.

[tex3]a)\,\,10\,\,^\circ C[/tex3]
[tex3]b)\,\,15\,\,^\circ C[/tex3]
[tex3]c)\,\,0\,\,^\circ C[/tex3]
[tex3]d)\,\,30\,\,^\circ C[/tex3]
[tex3]e)\,\,60\,\,^\circ C[/tex3]

Gabarito:

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Letra c.

[theblackmamba]

Olá DaviBahia,

Antes de aplicar diretamente na fórmula [tex3]Q_f=Q_i[/tex3] vamos fazer uma previsão para ver se a água "possui" calor suficiente para derreter todo o gelo.

Calor para a água chegar até 0ºC:
[tex3]Q=200\cdot 1\cdot (0-30)=-6000\,cal[/tex3]. Ou seja, a água perde 6000 cal para chegar a 0ºC.

Calor para derreter todo o gelo:
[tex3]Q=150\cdot 80=12000\,cal[/tex3]. Ou seja, a água não possui calor suficiente para derreter todo o gelo, apenas a metade.

Concluindo: A água consegue apenas derreter metade do gelo, ou seja, acumula-se mais água e sobra-se gelo. A única temperatura de coexistência de água e gelo é a 0ºC. Letra C

[DaviBahia]

theblack,

E se esse calor cedido pela água para chegar a 0º C fosse superior a 12.000 cal, ou seja, suficiente para fundar todo o gelo, a situação ficaria como? Eu tive dúvida em relação a isso, e não ao gabarito propriamente dito, pois acredito que o fato de haver a possibilidade de se fundir todo o gelo não necessariamente se concretizará em tal ação, correto?

[theblackmamba]

Um sistema sempre irá ao caminho do equilíbrio. Se um corpo "possui" mais calor que outro irá perder o suficiente para estabelecer o equilíbrio. No nosso caso apenas dependendo da massa de gelo, da sua temperatura e da massa de água e sua temperatura, esta tendo calor suficiente para fundir todo o gelo poderá também aumentar a temperatura desta "nova" água e acontecer um equilíbrio acima dos 0ºC. Sua dedução foi correta.

Abraço.