Qual é a quantidade de calor que devemos fornecer a 20 g de gelo a
para transformá-lo em vapor de água, superaquecido, a
?
Passo 1
Vamos entender o que a questão está pedindo. Queremos saber a quantidade de calor necessária para transformar 20 gramas de gelo a 0°C em vapor de água a 200°C. Para resolver isso, vamos precisar conhecer alguns conceitos de termodinâmica, como calor específico, calor de fusão, calor de vaporização e a fórmula para calcular a quantidade de calor.
Passo 2
Primeiro, precisamos derreter o gelo, ou seja, transformar o gelo em água líquida a 0°C. Para isso, usamos o calor de fusão. A fórmula para calcular o calor necessário é:
Onde:
-
é o calor necessário para derreter o gelo. -
é a massa do gelo. -
é o calor de fusão do gelo.
Calculando:
Passo 3
Agora, vamos aquecer a água de 0°C até 100°C usando o calor específico da água. A fórmula é:
Onde:
-
é o calor necessário para aquecer a água. -
é o calor específico da água. -
Calculando:
Passo 4
Em seguida, precisamos vaporizar a água a 100°C, ou seja, transformar água líquida em vapor. Usamos o calor de vaporização:
Onde:
-
é o calor necessário para vaporizar a água. -
é o calor de vaporização da água.
Calculando:
Passo 5
Por último, vamos aquecer o vapor de água de 100°C até 200°C. Para isso, usamos o calor específico do vapor d’água:
Onde:
-
é o calor necessário para aquecer o vapor. -
é o calor específico do vapor d’água. -
Calculando:
Resposta
A quantidade total de calor necessária é a soma de todos os calores calculados:
Portanto, precisamos fornecer 60.240 joules de calor para transformar 20 g de gelo a 0°C em vapor de água a 200°C.