Considere que um cubo de gelo, cuja massa é de 15g, encontra-se a -10 °C e receberá calor transformando-se em vapor de água a 110°C. Sabendo que o fenômeno descrito aconteceu em uma região onde a pressão atmosférica é de 1 atm. Determine a quantidade total de calor, recebido pelo gelo, que o fez transformar-se em vapor, nesta situação;
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Q = 10 950 cal
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A energia responsável pelo aquecimento de um corpo pode ser de dois tipos:
- Quantidade de calor sensível: calor responsável pela mudança na temperatura do corpo.
Q = m . c . Δt
Q: quantidade de calor
m: massa do corpo
c: calor específico da substância que constitui o corpo
Δt: variação da temperatura
- Quantidade de calor latente: responsável pela mudança de estado físico da substância.
Q = m . L
Q: quantidade de calor
m: massa do corpo
L: calor latente da substância
No nosso caso, para transformar 15 g de gelo a -10 °C em vapor a 110 °C, devemos fazer por etapas
1) Aquecer o gelo de -10 °C até 0 °C: calor sensível
Q₁ = m . c . Δt
Q₁ = 15 . 0,5 . (0 - (-10))
Q₁ = 15 . 0,5 . 10
Q₁ = 75 cal
2) Fundir o gelo: calor latente
Q₂ = m . L
Q₂ = 15 . 80
Q₂ = 1 200 cal
3) Aquecer a água de 0 °C até 100°C
Q₃ = m . c . Δt
Q₃ = 15 . 1 . (100 - 0)
Q₃ = 15 . 1 . 100
Q₃ = 1 500 cal
4) Vaporizar a água em 100 °C
Q₄ = m . L
Q₄ = 15 . 540
Q₄ = 8 100 cal
5) Aquecer o vapor de 100 °C até 110 °C
Q₅ = m . c . Δt
Q₅ = 15 . 0,5 . (110 - 100)
Q₅ = 15 . 0,5 . 10
Q₅ = 75 cal
Quantidade de calor total fornecida
Q = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅
Q = 75 + 1 200 + 1 500 + 8 100 + 75
Q = 10 950 cal
OBSERVAÇÃO
Cálculos feitos admitindo
[tex]c_{gelo}=0,5\:cal/g^oC\\\\L_{fus\~ao}=80\:cal/g\\\\c_{\'agua}=1\:cal/g^oC\\\\L_{vapor}=540\:cal/g\\\\c_{vapor}=0,5\:cal/g^oC[/tex]