Nem o calor nem o trabalho são formas de energia. O calor é a energia que se transfere entre corpos em contacto, como resultado de uma diferença de temperatura entre eles, fluindo a energia do corpo que se encontra a temperatura mais elevada para o corpo que se encontra a temperatura mais baixa. Antes dessa transferência, não existe calor armazenado na fonte, nem passa a existir calor acumulado no recetor após a transferência. Mas há energia armazenada na fonte antes da transferência, e a energia do recetor passa a ser mais elevada após a transferência - por exemplo, se o recetor for gelo, parte dele pode fundir-se.
Questão:
Numa experiência, forneceu-se uma energia de $92,0 \mathrm{~kJ}$ a $400 \mathrm{~g}$ de gelo, inicialmente a $-10,0{ }^{\circ} \mathrm{C}$.
Admita que toda a energia fornecida contribuiu para o aumento da energia interna do gelo e que não houve outras trocas de energia entre o gelo e o exterior.
A energia necessária à fusão de $1,0 \mathrm{~kg}$ de gelo é $3,34 \times 10^{5} \mathrm{~J}$ e o ponto de fusão da água, nas condições da experiência, é $0,0^{\circ} \mathrm{C}$.
Calcule a massa de gelo que não se fundiu.
Apresente todas as etapas de resolução.
$c_{\text {gelo }}$ (capacidade térmica mássica do gelo) $=2,11 \times \mathbf{1 0}^{3} \mathrm{~J} \mathrm{~kg}^{-1}{ }^{\circ} \mathrm{C}^{-1}$
Fonte: IAVE
Fonte: IAVE
Resolução do Exercício:
Energia necessária para que a temperatura do gelo aumente de $-10,0^{\circ} \mathrm{C}$ até $0,0^{\circ} \mathrm{C}$ :
$E_{\text {aumentar a temperatura }}=m c \Delta t=0,400 \mathrm{~kg} \times 2,11 \times 10^{3} \mathrm{{J~kg}^{-1}}^{\circ}\mathrm{C}^{-1} \times[0,0-(-10,0)]^{\circ} \mathrm{C}\Rightarrow$
$E_{\text {aumentar a temperatura }}=8,44 \times 10^{3} \mathrm{~J}$
Cálculo da energia disponível para a fusão do gelo:
$\Delta U=E_{\text {aumentar a temperatura }}+E_{\text {fusão }} \Rightarrow E_{\text {fusão }}=\Delta U-E_{\text {aumentar a temperatura }} \Rightarrow$
$E_{\text {fusão }}=92,0 \times 10^{3} \mathrm{~J}-8,44 \times 10^{3} \mathrm{~J}=8,356 \times 10^{4} \mathrm{~J}$
Cálculo da massa de gelo que fundiu:
$\Delta h_{\text {fusão }}=\frac{E_{\text {fusão }}}{m} \Rightarrow m=\frac{E_{\text {fusão }}}{\Delta h_{\text {fusão }}} \Rightarrow m_{\text {gelo que fundiu }}=\frac{8,356 \times 10^{4} \mathrm{~J}}{3,34 \times 10^{5} \mathrm{~J}\mathrm{~kg}^{-1}}=0,2502 \mathrm{~kg}$
Massa de gelo que não fundiu: $(0,400-0,2502) \mathrm{kg}=0,150 \mathrm{~kg}$
Fonte: SPF