Questão 39956
(Puccamp 1995) Um calorímetro de capacidade térmica 50 cal/°C contém 520 g de gelo a 0 °C. Injeta-se no calorímetro vapor de água a 120 °C, na quantidade necessária e suficiente para fundir totalmente o gelo. A massa de água, em gramas, que se forma no interior do calorímetro vale
Dados:
calor específico da água = 1,0 cal/g°C
calor específico do vapor = 0,50 cal/g°C
calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g
calor latente de vaporização da água = 540 cal/g
520
584
589
620
700
Gabarito:
584
Resolução:
Sabemos que o gelo irá se fundir completamente e virar água, com isso a energia necessária nesse processo será de:
Então pensaremos o seguinte, primeiro o vapor de água irá esfriar cedendo parte do calor para o gelo e resfriando no processo, isso até chegar aos 100°C que é aonde ele passa para o estado de líquido:
Quando o vapor chega nessa temperatura ele vai passar pro estado de líquido, com isso ele vai liberar calor no processo ( como ele está cedendo calor vamos colocar o sinal como negativo:
Agora essa parte que virou água do vapor que está a 100°C irá esfriar até chegar na temperatura de 0°C
Logo por conservação de energia a soma de todo esse calor será zero, ou seja o calor recebido pelo gelo tem que ser o calor cedido pelo vapor, logo:
Etão esse m que calculamos é a massa de vapor inserida suficiente e apenas o necessário para fundir o gelo, logo depois que o vapor esfriou ele se tornou água, mas ainda temos os 520g de gelo que se tornou água, com isso o total de água é 520+64=584g.
*Obs o calorímetro não entrou na conta pois ele estava em equilíbrio térmico com o gelo 0°C e no final do processo continuou com 0°C pois o vapor foi apenas o necessário para fundir esse gelo e não para aumentar a temperatura depois do processo, logo o calorímetro não absorveu nenhum calor