Questões De Termodinâmica

Questão 10:

Dados: 100g de água inicialmente a 20°C. Quantas calorias a água precisa perder para terminar como gelo a 0°C.

• Q1: Quando colocada no freezer essa água vai resfriar até solidificar, ou seja, até 0°C, para tanto a água precisa “perder” Q1 = 100 x 1 x (20-0)  Q = 2000Cal.

• Q2: Uma vez a 0°C, a água vai solidificar (durante o processo de solidificação a temperatura não varia, ou seja, continua a 0°C), porém para solidificar CADA grama de água vai precisar “perder” 80 calorias (lembre-se do calor latente (L) de solidificação), como são 100g de água Q2= 100 x 80  Q2=8000 calorias.

R: A quantidade total de calor que a água deve perder para se se transformar em gelo a 0°C é igual a Q1+Q2 = 2000 + 8000 = 10000 calorias ou 10Kcalorias.

Questão 11:

Se somente parte do gelo foi derretido significa que ainda existe gelo e portanto a temperatura de equilíbrio será 0 ºC.

Agora aplique as equações da calorimetria, ou seja, Q = m.c.∆θ e Q = m.L.

Para derreter 100g de gelo você tem de suar a fórmula do calor latente = massa de gelo x calor de fusão do gelo  Q = mL. Já para resfriar a amostra metálica você deve usar a famosa fómula: Q = m.c.∆θ.

R: 100x80 + 400c(0 - 100) = 0 (no equilíbrio)  8000 - 40000c = 0  8000 = 40000c  8 = 40c  c = 8/40 = 0,2cal/gºC

Questão 14:

Dados:

• Massa da água = 200 g;

• Massa de gelo = 150 g;

• Temperatura inicial da água = 30 °C;

• Calor específico água = 1 cal/g.°C;

• Calor Latente do gelo = 80 cal/g

Nos problemas envolvendo gelo e água, precisamos sempre verificar se, no equilíbrio térmico, sobrou gelo ou não! Para isso, temos que comparar o calor latente necessário para fusão do gelo (Qg) com o calor sensível liberado pela água (Qa) até 0 °C.

• Qg= m.L = 150 (80)  Qg = 12.000 cal

• Qa = m.c .∆θ = 200 (1) (0 – 30)  Qa = – 6.000 cal (perda de calor)

R:Comparando as quantidades de calor (em módulo), verificamos que a quantidade de calor necessária para fundir o gelo (12.000 cal) é menor que a quantidade de calor perdida pela água (6.000 cal, ou seja, metade). Portanto, apenas metade da massa de gelo se funde e a temperatura de equilíbrio térmico é 0 °C.

Questão 15:

Dados:

• Água:

m=200g

θ inicial da água = 20°C

Calor específico = 1cal / g°C

• Gelo:

m = 800g

L = 80 cal / g

Para derreter as 800g de gelo seria preciso:

Qg = m.L  Qgelo = 800.80= 64000 cal

A água pode fornecer:

Qa = m.c.∆θ  Q = 200.1.( 0 - 20 ) = 200.(-20) = - 4000 cal

Respostas:

a) O calor cedido pela água não é suficiente para derreter todo o gelo, logo isso significa que a temperatura final de equilíbrio será 0°C.

b) A água fornece 4000 cal, que é suficiente para derreter: Q = m.L (m = massa do gelo derretido) 4000 = m.80  m = 50 g.

Questão