Em uma casa, duas porções são aquecidas em recipientes térmicos por aquecedores elétricos de potência…

Questão

Em uma casa, duas porções são aquecidas em recipientes térmicos por aquecedores elétricos de potência constante igual a 500 W. No processo A, 0,20 kg de gelo a -10 °C é transformado em água a 20 °C. No processo B, 0,30 kg de água a 15 °C é aquecida até 80 °C. Considere desprezíveis as trocas de calor com o ambiente e com os recipientes. Use calor específico do gelo igual a 2 100 J/(kg °C), calor específico da água igual a 4 200 J/(kg °C) e calor latente de fusão do gelo igual a 334 000 J/kg. Observe o esquema comparativo dos dois processos. Com base nos dados, determine a energia necessária e o tempo de aquecimento em cada processo. Em seguida, compare os resultados e explique como a mudança de estado influencia a diferença entre os tempos.

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

No processo A, a energia total é a soma do aquecimento do gelo até 0 °C, da fusão e do aquecimento da água até 20 °C: Q_A = (0,20)(2 100)(10) + (0,20)(334 000) + (0,20)(4 200)(20) = 87 800 J. No processo B, ocorre apenas aquecimento da água: Q_B = (0,30)(4 200)(80 - 15) = 81 900 J. Como t = Q/P, os tempos são t_A = 87 800/500 = 175,6 s e t_B = 81 900/500 = 163,8 s. O processo A demora 11,8 s a mais, embora envolva menor massa, porque requer energia para fundir o gelo, além da energia destinada às variações de temperatura.

Explicação

No processo A, a energia inclui três etapas: aquecer o gelo, fundi-lo e aquecer a água resultante. No processo B, só há aquecimento sensível da água. Dividindo a energia total de cada processo pela potência comum, obtêm-se os tempos e conclui-se que a fusão torna o processo A mais demorado.

Raio-X da questão

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