Um bloco de gelo de massa 80 gramas encontra-se a -10°C . Determine a quantidade de calor que se deve fornecer a esse bloco para que ele se transforme totalmente em água a 100°C .
Determinando a Quantidade de Calor para Transformar um Bloco de Gelo em Água
A transformação de um bloco de gelo em água envolve um processo de mudança de fase e requer a adição de calor. Neste artigo, vamos calcular a quantidade de calor necessária para que um bloco de gelo de massa 80 gramas, a -10°C, se transforme completamente em água a 100°C.
Passo 1: Elevando a temperatura do gelo até o ponto de fusão
Antes de iniciar a fusão, devemos elevar a temperatura do gelo até o ponto de fusão, que é 0°C. O calor fornecido nessa etapa é do tipo sensível, e podemos calcular utilizando a fórmula: Q = m * c * ΔT onde: Q é a quantidade de calor (em calorias), m é a massa do bloco de gelo (em gramas), c é o calor específico do gelo (em cal/g·°C), e ΔT é a variação de temperatura (em °C). O calor específico do gelo é aproximadamente 0,5 cal/g·°C. Substituindo os valores na fórmula, temos: Q1 = 80 g * 0,5 cal/g·°C * (0°C – (-10°C)) Q1 = 80 g * 0,5 cal/g·°C * 10°C Q1 = 400 cal Portanto, a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura do gelo até o ponto de fusão é de 400 cal.
Passo 2: Fusão do gelo
Uma vez que o gelo atinge 0°C, inicia-se o processo de fusão, onde o calor fornecido é do tipo latente. Para determinar a quantidade de calor necessária, utilizamos a fórmula: Q = m * L onde: Q é a quantidade de calor (em calorias), m é a massa do gelo (em gramas), e L é o calor latente de fusão do gelo (em cal/g). O calor latente de fusão do gelo é aproximadamente 80 cal/g. Substituindo os valores na fórmula, temos: Q2 = 80 g * 80 cal/g Q2 = 6400 cal Portanto, a quantidade de calor necessária para a fusão do gelo é de 6400 cal.
Passo 3: Elevando a temperatura da água líquida até 100°C
Após a fusão do gelo, a água está no estado líquido a 0°C. Agora, devemos fornecer calor sensível para elevar a temperatura da água até 100°C. Utilizamos novamente a fórmula do calor sensível: Q = m * c * ΔT O calor específico da água é aproximadamente 1 cal/g·°C. Substituindo os valores na fórmula, temos: Q3 = 80 g * 1 cal/g·°C * (100°C – 0°C) Q3 = 80 g * 1 cal/g·°C * 100°C **Q3 =8000 cal Portanto, a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura da água líquida até 100°C é de 8000 cal.
Passo 4: Quantidade total de calor
Agora, somamos as quantidades de calor calculadas nos passos anteriores para obter a quantidade total de calor necessária para transformar o bloco de gelo em água. Qtotal = Q1 + Q2 + Q3 Qtotal = 400 cal + 6400 cal + 8000 cal Qtotal = 14000 cal Portanto, a quantidade total de calor necessária é de 14000 cal ou 14 kcal.
Conclusão
Determinar a quantidade de calor necessária para transformar um bloco de gelo em água envolve considerar as etapas de aquecimento do gelo até o ponto de fusão, a fusão propriamente dita e o aquecimento da água líquida até a temperatura desejada. No caso de um bloco de gelo de massa 80 gramas, a -10°C, é necessário fornecer um total de 14000 cal ou 14 kcal de calor para obter água a 100°C. Esses cálculos nos ajudam a compreender os processos termodinâmicos envolvidos nas mudanças de fase e a quantificar a quantidade de energia necessária para realizar essas transformações.
