Se 400 g de gelo a
é colocado em 1 kg de água a
qual é o produto final (qual a quantidade de cada substância em kg ) quando o equilíbrio é alcançado?
Passo 1
Vamos entender o que o problema está pedindo. Temos 400 gramas de gelo a
sendo colocados em 1 kg de água a
. Queremos descobrir quanto de cada substância (gelo e água) vamos ter quando tudo atingir a mesma temperatura, ou seja, quando o equilíbrio térmico for alcançado.
Conteúdo da matéria: Estamos lidando com transferência de calor e mudanças de fase, que são partes da termologia na física.
O que precisamos para resolver:
- Calcular a quantidade de calor necessária para aquecer o gelo até
. - Calcular o calor necessário para derreter o gelo a
. - Calcular o calor que a água quente pode liberar até atingir o equilíbrio.
- Comparar os calores para determinar se todo o gelo derrete ou não.
Passo 2
Primeiro, vamos converter as massas para gramas para facilitar os cálculos:
- Massa do gelo:
- Massa da água:
Passo 3
Etapa 1: Aquecer o gelo de
até
.
Usamos a fórmula:
Onde:
-
-
(calor específico do gelo) -
Calculando:
Passo 4
Etapa 2: Derreter o gelo a
.
Usamos a fórmula:
Onde:
-
-
(calor latente de fusão do gelo)
Calculando:
Passo 5
Etapa 3: Calcular o calor total que o gelo vai absorver para se transformar em água a
:
Passo 6
Etapa 4: Calcular o calor que a água quente pode liberar ao esfriar até
.
Usamos a fórmula:
Onde:
-
-
(calor específico da água) -
Calculando:
Passo 7
Etapa 5: Comparar o calor que o gelo precisa absorver (
) com o calor que a água pode liberar (
).
Como
, a água não possui calor suficiente para derreter todo o gelo.
Passo 8
Etapa 6: Determinar a quantidade de gelo que pode ser aquecido e derretido com o calor disponível.
Primeiro, calculamos o quanto de gelo pode ser aquecido até
:
Subtraímos o calor necessário para aquecer o gelo:
Agora, calculamos quanto gelo pode derreter com esse calor:
Resposta
No equilíbrio térmico, teremos aproximadamente 258 g de água e 142 g de gelo.
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, onde
e
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onde
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(a) Calcule a carga total da distribuição.
(b) Calcule o campo elétrico num ponto qualquer do espaço.
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