Física II ⇒ Trocas de calor

[MilkShake]

(Fuvest-SP) Em um copo grande, termicamente isolado, contendo água à temperatura ambiente (25 °C), são colocados 2 cubos de gelo a 0°C. A temperatura da água passa a ser, aproximadamente, de 1°C. Nas mesmas condições, se, em vez de 2, fossem colocados 4 cubos de gelo iguais aos anteriores, ao ser atingido o equilíbrio, haveria no copo:
a) apenas água acima de 0°C
b) apenas água a 0°C
c) gelo a 0°C e água acima de 0°C
d) gelo e água a 0°C
e) apenas gelo a 0°C

Resposta

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d) gelo e água a 0°C

Estou tendo bastante dificuldade nesse tipo de questão, então se puderem detalhar eu agradeço

[παθμ]

MilkShake,

Se dois cubos de gelo fizeram o sistema final ser água a uma temperatura de 1°C, então quatro cubos farão a temperatura da água chegar a zero antes que todo o gelo derreta.

Para ter certeza disso, lembre-se que o calor latente de fusão do gelo é [tex3]L=80 \; \text{cal/g},[/tex3]

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[tex3]L=80 \; \text{cal/g},[/tex3]

enquanto o calor específico da água é [tex3]c=1 \; \text{cal/g} \degree \text{C}.[/tex3]

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[tex3]c=1 \; \text{cal/g} \degree \text{C}.[/tex3]

O calor latente em calorias envolvido na fusão de uma massa [tex3]m[/tex3]

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[tex3]m[/tex3]

de gelo em gramas é [tex3]80m,[/tex3]

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[tex3]80m,[/tex3]

enquanto o calor sensível envolvido na variação de temperatura de, por exemplo, [tex3]25 \degree C[/tex3]

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[tex3]25 \degree C[/tex3]

(que já é significativamente maior do que a que realmente ocorre) de uma massa [tex3]m[/tex3]

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[tex3]m[/tex3]

de água em gramas é [tex3]25m.[/tex3]

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[tex3]25m.[/tex3]

Ou seja, a contribuição para a diminuição de temperatura da água inicial devido ao derretimento do gelo deve ser bem maior do que a contribuição do calor sensível da água proveniente do derretimento do gelo.

Então, na segunda situação, a temperatura do sistema chegará a 0°C antes que todo o gelo derreta, e, havendo equilíbrio térmico, as trocas de calor param. Então a configuração final consiste em gelo e água a 0°C.

Alternativa D