Você tem 1,50 kg de água a 28,0 °C em um recipiente isolado e com massa desprezível. São adicionados 0,600 kg de gelo inicialmente a -22,0 °C. Suponha que nenhum calor seja trocado com o ambiente. (a) Após o equilíbrio térmico, todo o gelo terá sido derretido? (b) Se todo o gelo estiver derretido, qual é a temperatura final da água no recipiente? Se restar algum gelo, qual é a temperatura final da água no recipiente e quanto resta de gelo?

Utilizaremos agora a equação 17.13 do livro para calcular a variação de temperatura necessária para que a massa de água do recipiente forneça o calor necessário para derreter todo o gelo. O calor na equação deve ser negativo uma vez que está sendo cedido pela água.

Substituindo os valores

Sabemos que a água do recipiente está a uma temperatura inicial de 28 °C, podemos então calcular a temperatura final da água.

Como a temperatura final necessária para derreter todo o gelo é menor do que a temperatura inicial do gelo disponível para resfriar a água a 0,0°C, nem todo o gelo derreterá.

b) Sabemos que não será possível derreter todo o gelo adicionado ao balde, assim o equilíbrio térmico será alcançado quando a água atingir a mesma temperatura de fusão do gelo, ou seja, o equilíbrio será em .

c) Sabemos que nem todo gelo presente no pote derreterá e que a temperatura de equilíbrio térmico será a temperatura de mudança de fase, nesse caso 0 °C. Podemos então calcular a massa de gelo que derrete igualando as equações de calor transmitido pela água e calor absorvido na mudança de fase no gelo e no aumento de sua temperatura até atingir a temperatura de equilíbrio.

Concluímos que restará

de gelo no recipiente após o equilíbrio térmico.