Num recipiente termicamente isolado e com capacidade térmica desprezível, misturam-se 200 g de água a 10 °C com um bloco de ferro de 500 g a 140 °C. Se a temperatura final de equilíbrio térmico foi 40°C, qual a quantidade de calor trocado por cada substância?
Dados: calor específico da água = 1,0 cal/g °C;
calor específico do ferro = 0,12 cal/g °C.
Respostas
Resposta:
A água recebeu 6000cal de calor e o ferro perdeu 6000cal de calor.
Explicação:
1. Antes de tudo, precisamos entender o conceito de equilíbrio térmico. Quando dizemos que dois corpos estão em equilíbrio térmico, isso quer dizer que ambos estão com a mesma temperatura final. Nesse âmbito, entendemos que tanto a água, quanto o ferro, no final da troca de calor, ficaram com 40ºC como exposto no enunciado.
2. Com essa informação, é possível calcular a quantidade de calor trocada por cada substância por meio da Equação fundamental da calorimetria:
Q = mcΔΘ
De modo que:
Q = quantidade de calor (cal)
m = massa da substância (g)
c = calor específico (cal/g.ºC)
ΔΘ = variação de temperatura (ºC)
3. Dessa forma, primeiro calcularemos quanto a água recebeu de calor:
Q = mcΔΘ
Q = mc(Temperatura final - temperatura inicial)
Q = 200 x 1 x (40 - 10)
Q = 200 x 30
Q = 6000 cal
4. Agora, aplicaremos a mesma equação para o ferro:
Q = mcΔΘ
Q = mc(Temperatura final - temperatura inicial)
Q = 500 x 0,12 x (40 - 140)
Q = 60 x (-100)
Q = -6000cal
A quantidade de calor do ferro ser negativa significa que o ferro perdeu calor. E isso faz sentido e deveria ter acontecido mesmo, quando nós lembramos da Lei Zero da Termodinâmica, a qual diz que o calor sempre flui do corpo de maior temperatura para o corpo de menor temperatura, justo na intenção de encontrar o equilíbrio térmico.
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