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Enunciado

Física - Young and Freedman - Vol 2- Ed: 12º - Capítulo 17.Problemas - Ex. 94

Você resfria um pedaço de ferro candente (temperatura igual a 745 ° ) de massa igual a 100,0 g mergulhando-o em um recipiente isolado de massa desprezível contendo 75,0 g de água a 20   ° 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

E aí galera, vamos relembrar algumas coisas:

Q s i s t e m a = 0

Suponha que o ponto de fusão normal do ferro esteja acima de 745   ° C , portanto o ferro inicialmente é sólido.

Para a água c = 4190   J / k g ⋅ K e L v = 2256 × 10 3 J / k g .

Para o sólido de ferro: c = 470   J / k g ⋅ K

Passo 2

O calor liberado quando a lesma de ferro esfria a 100   ° C é

Q = m c ∆ T = ( 0,1000 k g ) ( 470 J / k g ⋅ K ) ( 645   K ) = 3,03 × 10 4 J

O calor absorvido quando a temperatura da água é elevado a 100   ° C é

Q = m c ∆ T = ( 0,0750 k g ) ( 4190 J / k g ⋅ K ) ( 80   K ) = 2,51 × 10 4 J

Isso é menor que o calor liberado do ferro e

3,03 × 10 4 J - 2,51 × 10 4 J = 5,20 × 10 3 J

de calor está disponível para converter água líquida a 100   ° C para vaporizar.

Passo 3

A massa m de água que ferve é

m = 5,20 × 10 3 J 2256 × 10 3 J / k g = 2,30 × 10 - 3 k g = 2,3 g

Passo 4

  1. A temperatura final é de 100   ° C .

    2. Passo 5

  2. Temos que 75,0   g - 2,3   g = 72,7   g de água líquida restante, portanto a massa final do ferro e da água restante é 172,7   g .

Se ignorarmos a mudança de fase da água e escrevermos m f e r r o c f e r r o ( T - 745   °   C ) +   m á g u a c á g u a ( T - 200   ° C ) = 0 , quando resolvermos T , obteremos um valor maior que 100   ° C . O resultado é anti-físico e nos diz que parte da água muda de fase.

Resposta

  1. 100   ° C
  2. 172,7   g
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