Un cilindro di alluminio che pesa 155 g è rimosso da un bagno di azoto liquido, dove'è
stato raffreddato a una temperatura di −196◦C. Il cilindro è immediatamente posto
in un contenitore isolato che contiene 80.0 g di acqua a 15.0 ◦C. Qual è la temperatura
di equilibrio di questo sistema? Se la tua risposta è 0◦C, determina la quantità di
acqua che si è congelata. Il calore specifico medio dell’alluminio in questo intervallo di
temperatura è 653 J/(kg · K).
126
punti
Livello 1
il risultato è 44 grammi comunque
Q1 + Q2 = 0;
Q1 = m1 * c1 * (Te - T1); l'alluminio assorbe calore.
Q2 = m2 * c2 * (Te - T2); l'acqua cede calore.
m1 * c1 * (Te - T1) + m2 * c2 * (Te - T2) = 0;
Te = [m1 c1 T1 + m2 c2 T2] /[c1 m1 + c2 m2];
Te = [0,155 * 635 *(-196°)+0,080 * 4186 * 15°]/(635*0,155+4186 * 0,080);
Te = - 14268 / 433,3 = - 32,9°; non può arrivare a - 32,9° perché l'acqua diventa ghiaccio, nella solidificazione cede ancora calore all'alluminio.
Il sistema arriva a 0° poi l'acqua solidifica e cede calore di solidificazione all'alluminio.
Q1 = 0,155 * 635 * (0°- ( -196°)) = +19838 J; (calore assorbito)
Q2 + Q solidificazione = 0,080 * 4186 * (0° -15°) - 3,34 * 10^5 * m; (calore ceduto, negativo).
Q2 + Qsolid = - 5023 - 3,34 * 10^5 * m;
- 5023 - 3,34 * 10^5 * m + 19838 = 0
m = (19838 - 5023) / 3,34 * 10^5 = 0,044 kg = 44 grammi di ghiaccio.
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Genius I
En = -196*0,653*155 = -19.838 joule
Ea = 15*4,186*80 = 5023 joule
massa ghiaccio mg = (19.838-5023)/ 333 = 44,5 grammi di ghiaccio a zero gradi
98146
punti
Genius II
