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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 78ºC com a mesma quantidade de gelo a 0ºC, observou que o gelo se fundiu todo mantendo-se, no entanto, em 0ºC.” “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/gºC, e o gelo, calor latente de fusão de 80 cal/g, assinale a alternativa que representaria a expectativa teórica ideal.
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.
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 78ºC com a mesma
quantidade de gelo a 0ºC, observou que o gelo se fundiu
todo mantendo-se, no entanto, em 0ºC.”
(1728 – 1799) em uma de suas célebres experiências
(…) em 1757, ao misturar água a 78ºC com a mesma
quantidade de gelo a 0ºC, observou que o gelo se fundiu
todo mantendo-se, no entanto, em 0ºC.”
“A crônica do Calor: Calorimetria”, J.M.F. Bassalo, Revista
Brasileira do Ensino de Física, Vol. 14 (1), 1992, p. 29.
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/gºC, e o gelo, calor latente de fusão de 80 cal/g,
assinale a alternativa que representaria a expectativa
teórica ideal.
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/gºC, 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 ºC
- D)O equilíbrio térmico seria estabelecido a 0,25 ºC
- E)O equilíbrio térmico seria estabelecido a 10 ºC
Resposta:
A alternativa correta é B)
Para resolver esse problema, precisamos aplicar as fórmulas de calorimetria. Vamos considerar que a quantidade de água e gelo é a mesma, 1 g. A temperatura inicial da água é de 78°C e a do gelo é de 0°C. A temperatura de equilíbrio térmico pode ser calculada pela fórmula:
m1c1(T1 - Tf) = m2Lf
onde m1 é a massa da água, c1 é o calor específico da água (1 cal/g°C), T1 é a temperatura inicial da água (78°C), Tf é a temperatura de equilíbrio térmico, m2 é a massa do gelo (1 g) e Lf é o calor latente de fusão do gelo (80 cal/g).
Substituindo os valores, temos:
1 g × 1 cal/g°C × (78°C - Tf) = 1 g × 80 cal/g
Isolando Tf, obtemos:
Tf = 0°C
Portanto, a temperatura de equilíbrio térmico é de 0°C. Agora, precisamos calcular a quantidade de gelo que permanece após o equilíbrio térmico. Sabemos que a quantidade de calor liberada pela água é igual à quantidade de calor absorvida pelo gelo. Logo, a quantidade de gelo que se funde é:
Δm = Q / Lf
onde Q é a quantidade de calor liberada pela água. Substituindo os valores, temos:
Q = m1c1(T1 - Tf) = 1 g × 1 cal/g°C × (78°C - 0°C) = 78 cal
Δm = Q / Lf = 78 cal / 80 cal/g = 0,975 g
Portanto, a quantidade de gelo que permanece após o equilíbrio térmico é de 0,025 g, que é equivalente a 2,5% da massa inicial de gelo.
Assim, a alternativa correta é B) No equilíbrio térmico ainda haveria 2,5% da massa inicial de gelo.
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