Um pedaço de gelo de massa m=0,5kg à temperatura de -10°C é aquecido lentamente funde e transforma-se em água líquida, a qual continua a ser aquecida, vaporiza-se e o vapor atinge 180°C. Determinar o calor fornecido durante toda a operação. - calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g - calor latente de vaporização da água = 540 cal/g - calor específico do gelo = 0,5 cal/g°C - calor especifico do vapor d’água = 0,48 cal/gºc
Conceitos:
Equação Fundamental da Calorimetria:
, onde indica quantidade de calor sensível (geralmente medida em calorias ou joules), (unidade: cal/gºC) é uma constante que indica o calor específico da substância e indica uma variação de temperatura ( ). m indica a massa.
O C da água líquida é 1cal/gºC
Quando uma substância muda de estado físico se utiliza a seguinte equação:
, onde L (unidade: cal/g) indica uma constante de proporcionalidade relacionada à mudança de estado (exemplos: calor latente de fusão, calor latente de vaporização).
Resolução:
Dados do enunciado:
(note que a massa foi convertida de kg para g, pois as outras grandezas são dadas, no caso, em respeito a g).
O problema é separado em cinco partes, baseadas nos estados da matéria e nos instantes de transição entre estados, o calor fornecido em toda a operação é a soma dos calores fornecidos em cada uma das partes:
Partes:
I: A substância é gelo.
II: Está ocorrendo a fusão.
III: A substância é água líquida.
IV: Está ocorrendo a vaporização.
V: A substância é vapor.
I:
II: (mudança de estado)
III:
IV: (mudança de estado)
V:
Conclusão:
Um pedaço de gelo de massa m = 400 g à temperatura de -15 º C é aquecido lentamente, se funde e transforma-se em água líquida, a qual continua a ser aquecida, vaporiza-se e o vapor atinge
120 º C. O calor total fornecido na operação, vale:
Dados: Calor latente de fusão do gelo Lf = 80 cal/g
Calor da vaporização da água Lv = 540 cal/g
Calor específico da água c = 1 cal/g.ºC
Calor específico do gelo c = 0,5 cal/g.ºC
Calor específico do vapor c = 0,50 cal/g.ºC
Fórmulas: Q = m c (T 2 – T1 ) e Q = m L
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