N° 3 EQUILIBRIO TERMICO

Del ghiaccio tritato a 0 °C viene immerso in acqua bollente (100 °C). Sapendo che la massa del ghiaccio è m_g = 500 g e quella dell’acqua è m_a = 240 g, determinare lo stato finale del sistema una volta che esso ha raggiunto l’equilibrio. (200 g di ghiaccio e 540 g d'acqua a 0 °C.

Bisogna verificare se il calore ceduto dall'acqua al ghiaccio quando la sua temperatura scende a 0°C è sufficiente a far fondere tutto il ghiaccio.

$Q_{1} = m_{a} c_{a} \cdot (0 - T_{a}) = 0.24 \cdot 4200 \cdot (- 100) = - 100800$ J
$Q_{2} = m_{g} \cdot L_{f} = 0.5 \cdot 334000 = 167000$ J

Come si vede non tutto il ghiaccio fonderà e la temperatura di equilibrio sarà 0°C.

Per calcolare quanto ghiaccio è ancora solido all'equilibrio termico si può calcolare quanto ghiaccio si è fuso con il calore Q₁:

$m_{gf} = \frac{Q_{ass}}{L_{f}} = \frac{- Q_{1}}{L_{f}} = \frac{100800}{334000} ≃ 0.3$ kg = 300 g

Quindi, all'equilibrio termico, sono rimasti indisciolti 200 g di ghiaccio galleggianti su 540 g d'acqua.