Em um calorímetro de capacidade calorífica E, há 0,100kg de água a 60,0°C. Introduz-se, no calorímetro, um corpo de metal a 100°C de calor específico 0,200kJ/kg K e massa 0,0600kg. Em seguida, adiciona-se ao sistema gelo a 0,00°C e de calor latente L = 300kJ/kg. Estabelecido o equilíbrio térmico, o sistema contém ainda 0,240kg de água e constata-se que ainda há gelo no calorímetro. Dado: calor específico da água de CÁGUA = 4,0kJ/kg K. Diante do exposto, é correto afirmar que a capacidade calorífica E do calorímetro vale

Em um calorímetro de capacidade calorífica E, há 0,100kg de água a 60,0°C. Introduz-se, no calorímetro, um corpo de metal a 100°C de calor específico 0,200kJ/kg K e massa 0,0600kg. Em seguida, adiciona-se ao sistema gelo a 0,00°C e de calor latente L = 300kJ/kg. Estabelecido o equilíbrio térmico, o sistema contém ainda 0,240kg de água e constata-se que ainda há gelo no calorímetro. Dado: calor específico da água de C_ÁGUA = 4,0kJ/kg K. Diante do exposto, é correto afirmar que a capacidade calorífica E do calorímetro vale

• A)0,280J/kg.
• B)1,12kJ/kg.
• C)0,112J/kg.
• D)0,280kJ/kg
• E)-1,12kJ/kg.

Vamos analisar o problema passo a passo. Primeiramente, é importante notar que o sistema atinge o equilíbrio térmico, o que significa que a temperatura final do sistema é a mesma para todos os componentes. Como há gelo no calorímetro, a temperatura final é de 0,00°C.

Vamos começar calculando a variação de temperatura da água. Inicialmente, a água está a 60,0°C e, no final, está a 0,00°C. A variação de temperatura é, portanto, de 60,0°C. A massa da água é de 0,100kg inicialmente e 0,240kg no final. A variação de massa da água é de 0,140kg.

O calor específico da água é de 4,0kJ/kg K. Para calcular a quantidade de calor transferida pela água, usamos a fórmula Q = m × c × ΔT, onde m é a massa, c é o calor específico e ΔT é a variação de temperatura. Substituindo os valores, obtemos:

Q_ÁGUA = 0,140kg × 4,0kJ/kg K × 60,0K = 336,0kJ

Agora, vamos analisar o corpo de metal. Inicialmente, o corpo de metal está a 100°C e, no final, está a 0,00°C. A variação de temperatura é, portanto, de 100°C. A massa do corpo de metal é de 0,0600kg.

O calor específico do corpo de metal é de 0,200kJ/kg K. Para calcular a quantidade de calor transferida pelo corpo de metal, usamos a mesma fórmula Q = m × c × ΔT. Substituindo os valores, obtemos:

Q_METAL = 0,0600kg × 0,200kJ/kg K × 100,0K = 12,0kJ

Finalmente, vamos analisar o gelo. O gelo está a 0,00°C e sua massa é desconhecida. No entanto, sabemos que a quantidade de calor latente necessária para derreter o gelo é de 300kJ/kg.

Para calcular a quantidade de calor transferida pelo gelo, usamos a fórmula Q = m × L, onde m é a massa do gelo e L é o calor latente. Substituindo os valores, obtemos:

m_GEL = (Q_ÁGUA + Q_METAL) / L

m_GEL = (336,0kJ + 12,0kJ) / 300kJ/kg = 0,116kg

Agora que conhecemos a massa do gelo, podemos calcular a quantidade de calor transferida pelo calorímetro. A fórmula para calcular a capacidade calorífica do calorímetro é E = Q / ΔT, onde Q é a quantidade de calor transferida e ΔT é a variação de temperatura.

Q_TOTAL = Q_ÁGUA + Q_METAL + Q_GEL

Q_TOTAL = 336,0kJ + 12,0kJ + (0,116kg × 300kJ/kg) = 484,8kJ

E = Q_TOTAL / ΔT

E = 484,8kJ / 60,0K = 0,280kJ/kg

Portanto, a capacidade calorífica do calorímetro é de 0,280kJ/kg, que é a opção D.