Questão 4051
FUVEST 1987
(Fuvest 1987) Um pedaço de gelo de 150 g à temperatura de - 20 °C é colocado dentro de uma garrafa térmica contendo 400 g de água à temperatura de 22 °C.
São dados:
Calor específico do gelo = 0,50 cal/g.°C
Calor específico da água = 1,0 cal/g.°C
Calor de fusão do gelo = 80 cal/g
Considerando a garrafa térmica como um sistema perfeitamente isolado e com capacidade térmica desprezível, pode-se dizer que ao atingir o equilíbrio térmico o sistema no interior da garrafa apresenta-se como:
um líquido a 10,5 °C.
um líquido a 15,4 °C.
uma mistura de sólido e líquido a 0 °C.
um líquido a 0 °C.
um sólido a 0 °C.
Gabarito:
uma mistura de sólido e líquido a 0 °C.
Resolução:
Vamos supor que a água resfrie até 0ºC. Nesse processo, ela liberaria uma energia cujo módulo é dado por:
.
.
Vamos supor que o gelo seja aquecido até 0º. Nesse processo, o gelo absorve uma energia cujo módulo é dado por:
.
.
Então, a água liberaria uma energia maior do que a necessária para apenas trazer o gelo para a temperatura de 0ºC, sendo assim a diferença Qágua - Qgelo é absorvida na mudança de fase do gelo do estado sólido para o estado líquido.
, em que m é a massa de gelo que derreterá.
.
Sendo assim, existirá 491,25 g de água líquida e 58,75 g de gelo no equilíbrio térmico.