Gabarito ICF2-OFICINA DE TERMODINÂMICA-2014-1 V1.1

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Introdução às Ciências Físicas 2 
1o Semestre de 2014AD2 de ICF2 
 
Oficina2-1osem-2014-v1.0Prof. Angelo Gomes 
 
1
OFICINA DE 
TERMODINÂMICA 
 
ICF2 
 
 
 
 
 
Nome:____________________________________________________ 
 
Pólo: ____________________________________________________ 
 
 
Esta oficina vale 2 pontos extras na sua AD2.Se sua nota da AD2, mais os pontos extras da oficina, 
for maior que 10,os pontos extras da AD2 multiplicados por 0,25 serão adicionados à sua nota da 
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 Questão Nota Rubrica 
AD1 
1a 
2a 
3a 
4a 
 Total 
 
 
 Introdução às Ciências Físicas 2 
1o Semestre de 2014AD2 de ICF2 
 
Oficina2-1osem-2014-v1.0Prof. Angelo Gomes 
 
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QUESTÃO 1 (VALOR 0,5 PONTO) 
 
 
Dois cubos de gelo de 62 g são descartados em um recipiente de vidro contendo 186 g de água. Se a 
água está inicialmente a uma temperatura de 24° C e o gelo está a -15 ° C, qual é a temperatura final 
da bebida? 
Primeiro precisamos determinar a quantidade de calor necessária para se derreter todo o gelo e ver 
se esta quantidade de calor pode ser extraída da água no recipiente. 
 
1) Para se elevar a temperatura do gelo de -15º C até 0º C são necessárias 
 
�� = ���� × 15 = 2 × 62 × 0,5 × 15 = 930 ��� 
 
2) Para se derreter todo o gelo são necessárias 
 
�� = ��� = 2 × 62 × 80 = 9920 ��� 
 
Assim, o calor total necessário para se derreter o gelo é de 
 
�� = �� + �� = 10850 ��� 
 
Por outro lado, a quantidade máxima de calor que pode ser extraída da água é dada por: 
 
�� = ���� × 24 = 186 × 1 × 24 = 4464 ��� 
 
Como Qa<Qg, a água não consegue fornecer calor suficiente para derreter todo o gelo. Assim, das 
4464 cal que podem ser extraídas da água, 930 cal serão utilizadas para se elevar a temperatura do 
gelo até 0ºC e as demais 3534 cal serão utilizadas para se derreter parcialmente o gelo. Isto significa 
que ao final do processo teremos uma mistura de água e gelo em equilíbrio térmico a 0ºC. 
 
QUESTÃO 2 (VALOR 0,5 PONTO) 
 
Calcule o calor de fusão de uma substância a partir desses dados: 31,15 kJ transformará 0,500 kg de 
um sólido a 21 °C em líquido a 327 °C, que é o ponto de fusão deste sólido. O calor específico do 
sólido é 0,129 kJ / (kg K). 
O calor total necessário para se fundir todo o material corresponde a soma do calor necessário para 
se elevar a temperatura do sólido até a temperatura de fusão mais o calor necessário para que ocorra 
a mudança de estado. Para se elevar a temperatura do sólido de 21º C até 327º C são necessários: 
 
�� = ���� × (327 − 21) = 0,5 × 0,129 × 306 ≅ 19,74 � 
 
Deste modo, a quantidade de calor utilizada para se fundir o sólido é de 31,15-19,74 = 11,41kJ. Logo, 
o calor latente de fusão do material é dado por 
� =
�!
��
=
11,41
0,5
= 22,83 � /�# 
 
 
 
 
 
 
 Introdução às Ciências Físicas 2 
1o Semestre de 2014AD2 de ICF2 
 
Oficina2-1osem-2014-v1.0Prof. Angelo Gomes 
 
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QUESTÃO 3 (VALOR 1,0 PONTO) 
 
Após um dos laboratórios de ICF2, um aluno fez o experimento de troca de calor usando um 
recipiente contendo 1 L de água a temperatura ambiente (27oC). Usando um termômetro dentro do 
recipiente e um aquecedor, ele fez com que a água no recipiente atingisse uma temperatura de 97º C 
e ao atingir essa temperatura, ele desliga o aquecedor e insere um fio de cobre enrolado, cujo 
comprimento é de 186m de comprimento e que pesa somente 56g, inicialmente a temperatura 
ambiente. Após alguns minutos, o aluno verifica que a temperatura da água se estabiliza. Assumindo, 
que não tenha ocorrido troca de calor com o meio externo, determine essa temperatura e a variação 
do comprimento do fio ao final do experimento. 
 
Consultando a Internet, encontramos o calor específico do Cobre e da água como: 
Calor específico do Cobre =0,092 $
�℃
 
 
Calor específico da água =1 $
�℃
 
 
A temperatura inicial da água é de 97º C e a do fio de cobre de 27º C (supondo que o fio está 
incialmente a temperatura ambiente). Assim, 
 
�� + �& = 0 → ����()* − 97+ + �&�&()* − 27+ = 0
→ 1000 × 1 × ()* − 97+ + 56 × 0,092 × ()* − 27+ = 0 → )*
= 96,64º - 
 
Finalmente, a variação no comprimento do fio de cobre é dada por 
∆� = /�0∆) = 17 × 1012 × 186 × (96,64 − 27) = 0,22 � = 22 �� 
 
 
 
Formulário: 
Calor específico do gelo= 0,5 &�3
�℃
 
 
Calor Latente da água= 80 &�3
�
 
Coeficiente de dilatação do Cobre=17 ∙ 1012℃1�