Em meados do século XVIII o conceito de calor especifico e de calor latente não estavam ainda formulados, tarefa que foi resolvida entre 1761 e 1772 com trabalhos dos físicos Joseph Black e Johan Carl Wilcke. Por volta de 1749 predominava a expectativa de que a temperatura de equilíbrio térmico sempre estaria na proporção das massas ou dos volumes das substâncias, sem menção à essa característica intrínseca dos materiais.
“Conforme demonstrou o químico escocês Joseph Black (1728 – 1799) em uma de suas célebres experiências (…) em 1757, ao misturar água a 78°C com a mesma quantidade de gelo a 0oC, observou que o gelo se fundiu todo mantendo-se, no entanto, em 0°C.”
“A crônica do Calor: Calorimetria”, J.M.F. Bassalo, Revista Brasileira do Ensino de Física, Vol. 14 (1), 1992, p. 29.
Em experimentos de calorimetria são comuns desvios sensíveis entre valores observados e calculados com modelos ideais. Considerando o experimento de Black narrado por Bassalo segundo o modelo ideal em que há apenas trocas de calor entre a água, calor específico de 1 cal/g°C, e o gelo, calor latente de fusão de 80 cal/g, assinale a alternativa que representaria a expectativa teórica ideal.
- A) No equilíbrio térmico ainda haveria 10% da massa inicial de gelo
- B) No equilíbrio térmico ainda haveria 2,5% da massa inicial de gelo
- C) O equilíbrio térmico ocorreria em 39°C
- D) O equilíbrio térmico seria estabelecido a 0,25°C
- E) O equilíbrio térmico seria estabelecido a 10°C
Resposta:
Resposta: A alternativa correta é letra B) No equilíbrio térmico ainda haveria 2,<|begin_of_text|>2,5% da massa inicial de gelo.
Para entender por que essa é a resposta correta, vamos analisar o experimento de Black. Nesse experimento, Black misturou água a 78°C com a mesma quantidade de gelo a 0°C. Após a mistura, observou-se que o gelo se fundiu todo, mantendo-se em 0°C.
Essa experiência nos permite entender que a temperatura de equilíbrio térmico não é simplesmente a proporção das massas ou volumes das substâncias. Em vez disso, é necessário considerar as propriedades térmicas intrínsecas dos materiais.
No caso do experimento de Black, sabemos que a água tem um calor específico de 1 cal/g°C e o gelo tem um calor latente de fusão de 80 cal/g. Isso significa que, para que a temperatura da mistura seja de 0°C, é necessário que o gelo absorva calor da água para se fundir.
Calculando a quantidade de calor necessária para que a água se resfrie de 78°C para 0°C, encontramos que é necessário um calor de aproximadamente 78 cal. Como o gelo tem um calor latente de fusão de 80 cal/g, isso significa que apenas 2,5% da massa inicial de gelo é necessário para absorver todo o calor da água e se fundir.
Portanto, a alternativa correta é letra B) No equilíbrio térmico ainda haveria 2,5% da massa inicial de gelo.
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