Um desembaçador elétrico é usado para remover 0,25 polegadas de gelo de um para-brisa. As propriedades do gelo são . Qual é a temperatura mínima à qual o desembaçador pode ser operado? Considere que nenhum calor é transferido do desembaçador ou gelo para as vizinhanças.

Entendendo o problema:

O problema consiste no uso de um dispositivo elétrico que possui como objetivo remover uma camada de gelo de um parabrisa de 0,25 polegadas. As propriedades do gelo são dadas, e é considerado que o calor transferido pelo dispositivo desembaçador é totalmente utilizado para derreter o gelo. O problema pede a energia elétrica necessária por unidade de superfície do parabrisa para derreter o gelo, removendo-o a dada temperatura, além de pedir a temperatura mínima de operação do desembaçador.

Primeiramente, o balanço de massa do sistema deve ser equacionado, uma vez que há a mudança de fase do estado sólido do gelo para o líquido, o qual é removido. O balanço de massa é dado por:

Utilizando a primeira lei da termodinâmica, temos que o balanço de energia do sistema é equacionado da seguinte forma:

(2)

A equação (2) pode ser entendida da seguinte forma: A energia fornecida ao sistema sob a forma de trabalho elétrico realizado pelo dispositivo é responsável pela variação da energia interna do gelo somada da energia relacionada à mudança de estado físico de gelo para água. Combinando as equações (1) e (2) temos:

(3)

Multiplicando a equação (3) por dt e integrando do instante em que há uma camada de gelo de massa :

(4)