Um saco contendo
de gelo é aberto e colocado em um recipiente. Para acelerar o derretimento, um pedaço de
de cobre a
é colocado no recipiente. Sabendo que o gelo estava inicialmente a -
, e que não houve trocas de calor com o ambiente, apenas entre o gelo e o cobre, determine
b) (10 pontos) caso a resposta da letra anterior for afirmativa, calcule a temperatura final do conjunto. Caso seja negativa, determine qual a massa de gelo que derrete.
b) (10 pontos) caso a resposta da letra anterior for afirmativa, calcule a temperatura final do conjunto. Caso seja negativa, determine qual a massa de gelo que derrete.
Passo 1
Beleza, vamos lá! Temos um saco de 1,0 kg de gelo a -10 °C colocado em um recipiente. Para ajudar o gelo a derreter mais rápido, colocamos um pedaço de 1,0 kg de cobre a 75 °C no mesmo recipiente. A gente quer descobrir qual será a temperatura final desse conjunto, assumindo que não há troca de calor com o ambiente, apenas entre o gelo e o cobre. Para resolver isso, vamos usar conceitos de calorimetria, que estuda as trocas de calor entre os corpos.
Passo 2
Primeiro, precisamos entender que o calor perdido pelo cobre será ganho pelo gelo. Vamos calcular quanto calor o cobre perde ao esfriar até a temperatura final desejada.
A fórmula que usamos para calcular o calor (Q) é:
onde:
-
é a massa, -
é o calor específico, -
é a variação de temperatura.
Passo 3
Vamos calcular o calor perdido pelo cobre:
- Massa do cobre (
) = 1,0 kg - Calor específico do cobre (
) ≈ 385 J/kg·°C - Variação de temperatura (
) = = 75 °C -
Então,
Passo 4
Agora, vamos calcular o calor necessário para aquecer o gelo de -10 °C a 0 °C e, se der, para derreter parte dele.
Primeiro, o calor para aquecer o gelo até 0 °C:
- Massa do gelo (
) = 1,0 kg - Calor específico do gelo (
) ≈ 2.1 J/g·°C = 2100 J/kg·°C - Variação de temperatura (
) = 0 °C - (-10 °C) = 10 °C
Passo 5
Depois de aquecer o gelo até 0 °C, se ainda sobrar calor, o resto será usado para derreter o gelo. O calor latente de fusão do gelo (
) é aproximadamente 334.000 J/kg.
Se o cobre fornecer mais calor após aquecer o gelo, podemos calcular a massa de gelo derretida (
):
Passo 6
Vamos igualar os calores:
O calor ganho pelo gelo é igual ao calor perdido pelo cobre:
Substituindo:
Passo 7
Vamos assumir que todo o gelo derrete e verificar se o cobre tem calor suficiente para isso. Se não tiver, ajustamos para encontrar a massa que realmente derrete.
Calor total necessário para aquecer e derreter todo o gelo:
Calor disponível do cobre:
Assumindo que
seja 0 °C (ponto de fusão):
Como 28.875 J < 355.000 J, o cobre não tem calor suficiente para derreter todo o gelo.
Resposta
Como o calor fornecido pelo cobre não é suficiente para derreter todo o gelo, vamos calcular a massa de gelo que efetivamente derrete:
Então, aproximadamente 23 gramas de gelo derretem.
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Um saco contendo
de gelo é aberto e colocado em um recipiente. Para acelerar o derretimento, um pedaço de
de cobre a
é colocado no recipiente. Sabendo que o gelo estava inicialmente a -
, e que não houve trocas de calor com o ambiente, apenas entre o gelo e o cobre, determine
a) (10 pontos) se todo o gelo derrete;
a) (10 pontos) se todo o gelo derrete;
Determine uma equação da superfície constituída de todos os pontos que são equidistantes do ponto
e do plano
.
A velocidade quadrática média das moléculas de um gás ideal é dada por
, onde
é a constante dos gases ideais,
é a temperatura e
é a massa molar do gás. Se os elétrons em uma estrela puderem ser considerados como moléculas de um gás, determine a temperatura da estrela se seus elétrons viajassem
a) (5 pontos) na velocidade do som no ar;
a) (5 pontos) na velocidade do som no ar;
A velocidade quadrática média das moléculas de um gás ideal é dada por
, onde
é a constante dos gases ideais,
é a temperatura e
é a massa molar do gás. Se os elétrons em uma estrela puderem ser considerados como moléculas de um gás, determine a temperatura da estrela se seus elétrons viajassem
b) (5 pontos) na velocidade da luz, c.
b) (5 pontos) na velocidade da luz, c.