Questão 55 - V2 - Fuvest 2027

Para vender água no Carnaval, uma pessoa colocou em uma caixa de isopor 15 copinhos de água com 350 mL cada, à temperatura de 25 °C, e 1,0 kg de gelo em blocos. Para preencher todo o volume do isopor, acrescentou 0,5 kg de gelo triturado na caixa, que foi fechada e lacrada. Sabendo que o gelo, em blocos e triturado, estava à temperatura negativa de −15 °C, qual a temperatura do conteúdo dos copinhos após toda a mistura no interior do isopor atingir o equilíbrio térmico e qual o estado físico da água na caixa?

Note e adote:

Assuma que (i) o isopor é um isolante térmico ideal, (ii) a embalagem dos copinhos é um condutor térmico ideal e (iii) as possíveis variações de volume ou pressão dos processos térmicos envolvidos são desprezíveis.

A definição do módulo do calor trocado, quando existir transição de fase do material, é igual à quantidade de massa que mudou de fase $\left(\mathcal{m}\right)$ multiplicada pelo calor latente $\left(L\right)$, ou seja, $Q=\mathcal{m}·L$, e, quando não existir transição de fase, é igual à massa $\left(\mathcal{m}\right)$ multiplicada pelo calor específico (𝑐) e a variação de temperatura $\left(∆T\right)$, ou seja, $Q=\mathcal{m}·c·∆T$.

Dados: Densidade da água = 1 kg/L; Calor específico da água = 1 cal/g.°C; Calor específico do gelo = 0,5 cal/g.°C; Calor latente de evaporação da água = 540 cal/g; Calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g.