Enunciado
Física - Fundamentos de Física Volume 2 - Gravitação, Ondas e Termodinâmica - 10ª Edição - David Halliday, Jearl Walker e Robert Resnick- Ed: 10º - Capítulo 18.4 - Ex. 30
Uma amostra de de uma substância é colocada em um sistema de resfriamento que remove calor a uma taxa constante. A fig. mostra a temperatura da amostra em função do tempo , a escala do eixo horizontal é definida por . A amostra congela durante o processo. O calor específico da substância no estado líquido inicial é . Determine o calor de fusão da substância e o calor específico da substância da fase sólida.
Passo 1
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Se esse sistema remove calor a uma taxa constante, primeiro precisamos descobrir que taxa é essa, para assim, descobrir os outros parâmetros, pois eles envolvem a energia necessária.
Belezoca, então vamos olhar para a primeira curva de descida, bem a esquerda do gráfico. Ela representa o calor para levar a substância da temperatura de para , em . Como há variação de temperatura o calor envolvido é o calor sensível. Vamos agora determinar a taxa com que o calor foi retirado.
Essa taxa é como se fosse uma potência então:
Então:
O sinal negativo é por conta da diminuição da temperatura.
Passo 2
O próximo passo é determinar qual o calor de fusão da substância. Esse fenômeno é representado pela reta horizontal do gráfico, pois não há mudança de temperatura e o calor que estamos falando é o calor latente de fusão
Pelo gráfico é possível ver que o tempo gasto para que a substância congelasse foi de então a energia envolvida nesse processo foi;
E a potência necessária é dada por (o tempo tem de ser dado em segundos!):
Então sabemos que foram necessários para o congelamento, e agora podemos calcular por fim o calor de fusão. Da fórmula do calor latente temos:
Logo:
Iradoso, então bora lá ver a letra (b).
Passo 3
Para determinar o calor específico da substância na fase sólida, olhamos para a parte final do gráfico, bem a direita.
A energia retirada durante os finais foi de:
(o tempo tem de ser dado em segundos!):
Então sabemos que foram necessários para a massa passar de para , e agora podemos calcular por fim o calor específico da substância na fase sólida. Da fórmula do calor sensível temos:
Isolando :