A quantidade de calor Q que produz uma alteração ∆T na temperatura de uma massa m de uma substância é dada por Q = cm∆T, onde c é o calor específico da substância. Por exemplo, para a água, c = 1 cal/g°C. E para uma mudança de fase dessa massa m, a quantidade de calor é Q = mL, onde L é o calor latente de fusão ou de vaporização da substância. Por exemplo, para a água, o calor latente de fusão é 80 cal/g, ou 80 kcal/kg, enquanto o calor latente de fusão é 540 cal/g, (ou 540 kcal/kg). Use essas relações para determinar o número de calorias necessárias para transformar (a) 1 kg de gelo a 0°C em água gelada nesta mesma temperatura; (b) 1 kg de água gelada a 0°C em água fervente a 100°C; (c) 1 kg de água fervente a 100°C em vapor a 100°C; (d) 1 kg de gelo a 0°C em 1 kg de vapor aquecido a 100°C.
Passo 1
Fala aí pessoal! Nessa questão usaremos as definições de calor sensível e latente para descobrir a quantidade de calor necessário para realizar algumas alterações sobre 1 kg de água. Vamos lá!
Passo 2
No item (a) queremos determinar a quantidade de energia gasta para derreter 1 kg de gelo a 0°C. Sabendo que o calor latente de fusão da água é igual a 80 kcal/kg temos:
Passo 3
Agora, no item (b) vamos descobrir a quantidade de calor usada para AQUECER a água de 0°C até 100°C. Perceba que não ocorre nenhuma mudança de fase, portanto só usaremos o calor sensível da água.
Obs.: uma vez que o calor é dado em uma unidade utilizando gramas, teremos que transformar 1 kg em 1000 kg.
Passo 4
De forma análoga ao passo 1 vamos determinar a quantidade de calor necessária para realizar uma mudança de fase na água. Porém, agora a transformação será de líquido para gás. Uma vez que o calor latente de vaporização da água é 540 kcal/kg, temos:
Quanta energia! Mais do que a soma da usada para derreter o gelo a 0°C e aquecer o líquido resultante até 100°C.
Passo 5
Por último, no item (d), queremos saber qual a energia gasta para transformar a massa de 1kg de gelo a 0°C em vapor de água a 100°C. Para isso basta somar os valores encontrados nos itens anteriores: calor necessário para derreter 1 kg de gelo a 0°C + calor necessário para esquentar água de 0°C a 100°C + calor necessário para vaporizar 1 kg de água à 100°C. Logo:
Resposta
- 80 kcal
- 100 kcal
- 540 kcal
- 720 kcal