Questão 6
UFPR 2018
(UFPR - 2018 - 2ª FASE) Um aquecedor elétrico de potência constante P = 2100 W foi utilizado para transferir energia para uma massa de água na forma de gelo de valor m = 200 g, cuja temperatura inicial era T0 = 0ºC. Essa massa de gelo está colocada num recipiente de capacidade térmica desprezível e, por hipótese, toda a energia fornecida pelo aquecedor foi transferida sem perdas para o gelo. Os calores específicos de gelo e água líquida são cgelo = 0, 5 cal/g ºC e cágua = 1, 0 cal/g ºC, e podem ser supostos constantes na faixa de temperatura considerada. Além disso, os calores de fusão do gelo e ebulição da água são Lfusão = 80 cal/g e Lebulição = 540 cal/g. Sabe-se que o aquecedor forneceu uma energia total de valor Q = 84 kJ. Se necessário, use a conversão 1 cal = 4,2 J. O sistema está ao nível do mar, sujeito à pressão atmosférica usual de 1 atm, e onde a água evapora a 100ºC e solidifica a 0ºC.
a) Determine a temperatura final Tf da massa de água após a transferência de energia.
b) Determine o intervalo de tempo .
Formulário:
Gabarito:
Resolução:
a)
Primeiramente, vamos fazer a conversão de Joule para cal:
Esse valor representa nossa quantida de calor total.
Calculando a mudança do estado sólido para o líquido:
Com isso, podemos perceber que desse processo restou 4.000 calorias, pois: .
Calculando o calor sensível:
b)
A potência pode ser calculada da seguinte maneira: