Desafio 2 corrigido

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Desafio 2 - corrigido
Calculando o tempo médio de preparo do cafezinho:
Considerando que o tempo para aquecer a água até a ebulição é equivalente à maior fração do tempo total, podemos negligenciar o tempo de dissolução do açúcar e do pó na água. Uma segunda fração considerável é o tempo gasto para coar a mistura água quente, pó e açúcar. Vamos considerar que, usando um bom coador de café, cerca de 90% do tempo gasto para preparar o café é devido ao processo de ebulição da água.
O ebulidor dissipa 1000 W de potência, transferindo 1000 J de energia, na forma de calor, por segundo para a solução (P = E/t). Vamos usar a equação Q = mcT para encontrar a energia necessária para elevar a temperatura da solução de 25 ⁰C (ambiente) até 100 ⁰C (ebulição da água na pressão de 1 atm). Usaremos a massa da solução (m) como aproximadamente igual à massa de água, com densidade aproximada de 103 kg/m3 e o calor específico da água (c) igual a 1 cal/(g. ⁰C).
Energia necessária para aquecer a água:
• 1 L = 10-3 m3
• d = m / V
• m = d x V
• m = 103 kg/m3 x 10-3 m3
• m = 1 kg = 103 g
• Q = mcT
• Q = 103 g x 1 cal/(g. ⁰C) x (100 - 25) ⁰C
• Q = 75 x 103 cal
• 1 cal = 4,18 J
• Q = 75 x 103 cal x 4,18 J / cal
• Q = 313.500 J
Tempo necessário para aquecer a água:
• P = E/t
• t = E/P
• t = 313.500 J / 1000 W
• t = 313,50 s
• t = 313,5 s / 60 s/min
• t = 5,22 mim
Tempo necessário para preparar o cafezinho:
• t = 5,22 x 100/90
• t = 5,80 min.
Obs.: Como foi considerado nos cálculos, a massa de água, ao adicionar o açúcar, o tempo será ligeiramente maior do que o calculado.
Por que o cafezinho resfria quando servido em uma xícara? Qual é a temperatura final do cafezinho?
O café está a uma temperatura maior do que a ambiente, logo, ao ser servido na xícara, irá trocar calor com o ar ambiente, resfriando o café e aquecendo o ar próximo à xícara. Esta troca de calor irá ocorrer até que o café e o ar ambiente estejam na temperatura de equilíbrio do sistema (Lei zero da termodinâmica). Entretanto, como o volume de ar entorno à xícara é muito grande, esta temperatura de equilíbrio será a própria temperatura do ar ambiente.