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Enunciado

Física - Young and Freedman - Vol 2- Ed: 14º - Capítulo 17.Problemas - Ex. 84

Você resfria um pedaço de ferro candente (temperatura igual a 745 °C), de massa igual a 100,0 g, mergulhando-o em um recipiente isolado de massa desprezível contendo 85,0 g de água a 20,0 °C. Supondo que não haja nenhuma troca de calor com o meio ambiente, (a) qual é a temperatura final da água e (b) qual é a massa final do ferro e da água restante?

Passo 1

Fala galera, bora lá! Para resolvermos este problema é necessário entendermos sobre o assunto transferência de calor, descrito na seção 17.5 deste capitulo.

Passo 2

(a) A quantidade de calor do ferro e da água após o tempo de contato serão iguais, sendo definidos por:

Q f = - Q i

m f T 2 f - T 1 f c f = - m i T 4 i - T 4 i c i

Passo 3

Substituindo os valores do problema na expressão teremos que a temperatura final, é:

85 x - 20 4,19 = - 100 x - 745 0,47

314,3 x - 6286 = - 47 x + 35015

Portanto, a temperatura final da água, é

x = 104,52   ° C

Passo 4

(b) Para encontrarmos a massa final do sistema iremos encontrar a quantidade de calor necessária para arrefecer o ferro e a quantidade de calor necessário para aquecer a água.

Q = m c Δ T

Q i = 100 745 - 100 0,47 = 30315   J

Q f = m f T 4 f - T 3 f c f

Q f = 85 104,52 - 20 4,19 = 30101,8   J

Passo 5

Para o corpo isolado termos que a diferença de quantidade é dada pela subtração de calor necessário para arrefecer o ferro e a quantidade de calor necessário para aquecer a água.

Q = Q i - Q f

Q = 30315 - 30101,8 = 213,2   J

Passo 6

Para determinar a quantidade de massa de água evaporada, usaremos a relação da quantidade de calor dividido pelo calor latente da água.

m = Q L v = 213,2 2256

m = 0,0945   k g

Passo 7

A massa final do sistema é massa do ferro somada com a massa inicial de água menos a água evaporada.

m f i n a l = m f + m i - m

m f i n a l = 85 + 100 - 9,45

Portanto, a massa final sistema, é:

m f i n a l = 175,55   g

Resposta

Portanto, a temperatura final da água, é

x = 104,52   ° C

Portanto, a massa final sistema, é:

m f i n a l = 175,55   g

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