Um recipiente isolado contém 2 kg de água a 80°C. Nesse recipiente, é colocado um bloco de gelo de 100 g a -10°C. Qual é a temperatura final do sistema, considerando que o calor específico da água é de 4,18 J/g°C, o calor específico do gelo é de 2,05 J/g°C e o calor de fusão do gelo é de 334 J/g?

Explicação

Para encontrar a temperatura final do sistema, primeiro calculamos a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura do gelo de -10°C a 0°C e, em seguida, para fundir o gelo. O calor necessário para elevar a temperatura do gelo de -10°C a 0°C é de 100 g * 2,05 J/g°C * 10°C = 2050 J. O calor para fundir o gelo é de 100 g * 334 J/g = 33400 J. O calor total necessário é de 2050 J + 33400 J = 35450 J. Esse calor é cedido pela água. Utilizando a equação Q = mcΔT, onde Q é a quantidade de calor, m é a massa, c é o calor específico e ΔT é a variação de temperatura, temos 35450 J = 2000 g * 4,18 J/g°C * ΔT. Resolvendo a equação, encontramos ΔT = 4,25°C. Portanto, a temperatura final do sistema é de 80°C - 4,25°C = 75,75°C. No entanto, considerando que a temperatura final deve ser a temperatura de equilíbrio, que é a temperatura em que o gelo está todo derretido e a água e o gelo derretido estão em equilíbrio térmico, a temperatura final do sistema será de 0°C, pois o gelo derretido (água) e a água estão agora em equilíbrio a 0°C.