Uma forma de evitar que os objetos que se encontram no interior de uma garagem congelem em uma noite fria de inverno, na qual a temperatura cai abaixo do ponto de congelamento da água, é colocar uma banheira velha com água na garagem. Se a massa da água é 125 kg e a temperatura inicial é
. Que energia a água deve transferir para o ambiente para se transformar totalmente em gelo? R:
Passo 1
Vamos lá, o problema fala sobre evitar que os objetos numa garagem congelem durante uma noite fria colocando uma banheira com água. A gente tem 125 kg de água a uma temperatura inicial de
. A questão quer saber quanta energia a água precisa transferir para o ambiente para virar gelo totalmente. Para resolver isso, vamos usar conceitos de calor específico e calor latente de fusão.
Passo 2
Primeiro, precisamos entender que para transformar a água em gelo, o processo ocorre em duas etapas:
- Resfriamento da água até o ponto de congelamento.
- Mudança de fase da água líquida para gelo sólido.
Vamos calcular cada uma dessas etapas separadamente.
Passo 3
Etapa 1: Resfriamento da água até
Para resfriar a água, usamos a fórmula do calor sensível:
Onde:
-
é a massa da água (125 kg) -
é o calor específico da água ( ) -
é a variação de temperatura ( )
Passo 4
Vamos calcular
:
Passo 5
Etapa 2: Mudança de fase da água para gelo
Após resfriar a água até
, precisamos remover mais energia para que a água mude de fase para gelo. Aqui, usamos o calor latente de fusão:
Onde:
-
é o calor latente de fusão da água ( )
Passo 6
Vamos calcular
:
Passo 7
Total de energia transferida
Agora, somamos as energias das duas etapas para encontrar a energia total que a água deve transferir para virar gelo:
Resposta
A água deve transferir aproximadamente
para o ambiente para se transformar totalmente em gelo.
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. R:
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