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Qual a diferença entre calor e temperatura?
Considera-se que não há perdas de calor nos recipientes onde as experiências abaixo ocorrem (recipientes termicamente isolados):
1) Quanto calor é necessário para transformar 500g de gelo a -20 oC em água a 50 oC ? (cice = cwater / 2) . Tabela de calores latentes aqui.
2) a) 4 kg de água (a 25 oC) e 2 kg de gelo(a 0 oC) são colocados no mesmo recipiente. Qual é a temperatura final ? Sobra algum gelo (ou só água)?
b)Como ficaria se houvesse apenas 1 kg de gelo?
Resolução:
1) Há 3 estágios e em cada um uma qunatidade de calor Q é transferida:
Q1 = temperatura do gelo aumenta de -20 oC a 0 oC
Q2 = gelo derrete etransforma-se em água
Q3 = aqueciemnto da água de 0 oC a50 oC
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Q1 = c m ΔT = 2093*0.5*20 = 20930 J
Q2 = Lf m = 3.33 x 105 *0.5 = 170000 J
Q3 = c m ΔT = 4186*0.5*50= 104650 J
O calor total envolvido na trasformação é: Q1+Q2+Q3 = 295580 J = 295.58 kJ
Obs. Perceba que o derretimento do gelo necessita mais calor que os aquecimentos sem transição de fase (sólido-->líquido).
2) a)Primeiramente calculamos quanto calor é necessário para derreter 2kg de gelo,. Como o gelo já está a 0 oC , diferentemente da questão acima, calculamos apenas o calor latente de fusão:
Lf = 3.33 x 105 J/kg.
Q1 =Lf m =3.33 x 105 *2 = 6.66 x 105 J.
Este é o calor que deve ser fornecido para derreter todo o gelo.
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Em seguida calculamos quanto calor deve ser removido para baixar a temperatura da água para 0 oC :
cwater = 4186 J/kg oC ,
Δt = 25 , m = 4 kg, so:
Q2= c m ΔT = 4186*4*25 = 418600 J = 4.186 x 105
Este é o calor que deve ser removido da água e portanto pode ser fornecido ao gelo.
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Conclusão: Sobrará gelo porque Q2é menor que Q1. O conjunto água gelo permanecerá a 0 oC e não haverá mais transferências de calor porque estas só podem ocorrer quando há diferença de temperatura.
Esta questão envolve ambos os conceito de calor específico e de calor latente.
2) b)
Q1 =Lf m =3.33 x 105 *1 = 3.33 x 105 J
Neste caso, Q1 < Q2 e portanto todo o gelo derreterá.
Para calcular a temperatura final da água podemos usar o procedimento algébrico da questão 3 de calor específico.
Sabemos que a temperatura final será entre 0 oC e 25 oC. O gelo derretido consiste de água a 0 oC :
4186*4*(25-Tf) = Q1 + 4186*1*(Tf-0)
418600 - 16744 Tf = 333000 + 4186 Tf
-20930 Tf = - 85600
Tf = 4.1 oC
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© Ricardo Esplugas de Oliveira, 2021