Enunciado
Física - Young and Freedman - Vol 2- Ed: 14º - Capítulo 17.Problemas - Ex. 95
Um calorímetro de cobre com 0,446 kg de massa contém 0,0950 kg de gelo. O sistema está inicialmente a 0,0 °C. (a) Adicionando-se 0,0350 kg de vapor d'água a 100,0 °C e 1,00 atm de pressão à água do recipiente do calorímetro, qual será a temperatura final do calorímetro e de seu conteúdo? (b) Na temperatura final, quantos quilogramas de gelo, quanto vapor d' água e quantos litros de água existem no calorímetro?
Passo 1
Fala galera, bora lá! Para resolver este problema, vamos colocar em prática nosso conhecimento sobre temperatura e calor, em que usaremos calor específico e calor latente de fusão ao longo de nossa resolução.
a) Podemos calcular o calor transferido ou cedido de cada uma das substancias do sistema em função da temperatura de equilíbrio térmico, o a temperatura final do sistema. Iniciaremos calculando o calor absorvido pela barra de cobre.
Passo 2
Calcularemos agora o calor absorvido pelo gelo no processo considerando a mudança de fase. Utilizaremos o calor latente de fusão da água obtido na tabela 17.4 do livro texto.
Passo 3
Faremos de forma semelhante ao anterior o cálculo do calor cedido pelo vapor considerando a mudança de fase. Utilizaremos o calor latente de vaporização da água obtido na tabela 17.4 do livro texto.
Sabemos que a troca de calor no sistema em equilíbrio é zero, podemos então substituir cada calor acima e calcular assim a temperatura de equilíbrio.
Assim, a temperatura final do calorímetro e de seu conteúdo é
Passo 4
b) Podemos observar que a temperatura de equilíbrio para a pressão de 1 atm só é possível encontrar água no estado liquido no sistema. Assim não haverá água no estado de vapor nem no estado liquido e a massa de água liquida será o somatório da massa de vapor e da massa de gelo do estado inicial.
Resposta
- Finalmente teremos que a temperatura final do sistema será
- Concluímos que haverá apenas água liquida no sistema e sua massa será