“Calor” representa a energia térmica das moléculas de uma substância. A água congela a 0 graus Celsius. Mas a temperatura de um cubo de gelo pode cair bem abaixo disso. Quando um cubo de gelo é removido do congelador, a temperatura do cubo aumenta à medida que ele absorve o calor do ambiente. Mas quando o cubo de gelo atinge 0 C, ele começa a derreter e sua temperatura permanece em 0 durante todo o processo de derretimento, embora o cubo de gelo continue a absorver calor. Isso ocorre porque a energia térmica absorvida pelo cubo de gelo é consumida pelas moléculas de água que se separam durante o derretimento.
A quantidade de calor absorvida por um sólido durante sua fase de fusão é conhecida como calor latente de fusão e é medida por calorimetria.
Coloque um copo de isopor vazio em uma balança e registre a massa do copo vazio em gramas. Em seguida, encha o copo com cerca de 100 mililitros, ou cerca de 3,5 onças, de água destilada. Coloque o copo cheio na balança e registre o peso do copo e da água juntos.
Coloque um termômetro na água do copo, espere cerca de 5 minutos para que o termômetro chegue equilíbrio térmico com a água, então registre a temperatura da água como o inicial temperatura.
Coloque dois ou três cubos de gelo em uma toalha de papel para remover qualquer líquido da superfície dos cubos e, em seguida, transfira rapidamente os cubos para o copo de isopor. Use o termômetro para mexer suavemente a mistura. Observe a leitura da temperatura no termômetro. Deve começar a cair quase imediatamente. Continue mexendo e registre a temperatura mais baixa indicada no termômetro antes que a temperatura comece a subir. Registre este valor como a "temperatura final".
Retire o termômetro e coloque novamente o copo de isopor na balança e registre a massa do copo, água e gelo derretido juntos.
Determine a massa de água no copo subtraindo a massa do copo vazio do peso do copo e da água juntos, conforme coletado na etapa 1. Por exemplo, se o copo vazio pesava 3,1 gramas e o copo e a água juntos pesavam 106,5 gramas, então a massa da água era 106,5 - 3,1 = 103,4 g.
Calcule a mudança de temperatura da água subtraindo a temperatura inicial da água da temperatura final da água. Assim, se a temperatura inicial era 24,5 C e a temperatura final era 19,2 C, então deltaT = 19,2 - 24,5 = -5,3 C.
Calcule o calor, q, removido da água de acordo com a equação q = mc (deltaT), onde m e deltaT representam a massa e a temperatura mudança da água, respectivamente, e c representa a capacidade de calor específico da água, ou 4,184 joules por grama por grau Celsius, ou 4,187 J / g-C. Continuando o exemplo das etapas 1 e 2, q = ms (deltaT) = 103,4 g * 4,184 J / g-C * -5,3 C = -2293 J. Isso representa o calor removido da água, daí seu sinal negativo. Pelas leis da termodinâmica, isso significa que os cubos de gelo na água absorveram +2293 J de calor.
Determine a massa dos cubos de gelo subtraindo a massa do copo e a água da massa do copo, água e cubos de gelo juntos. Se o copo, água e gelo juntos pesassem 110,4 g, então a massa dos cubos de gelo era 110,4 g - 103,4 g = 7,0 g.
Encontre o calor latente de fusão, Lf, de acordo com Lf = q ÷ m, dividindo o calor, q, absorvido pelo gelo, conforme determinado na etapa 3, pela massa de gelo, m, determinada na etapa 4. Nesse caso, Lf = q / m = 2293 J ÷ 7,0 g = 328 J / g. Compare o resultado experimental com o valor aceito de 333,5 J / g.