Question

(4) A lei Zero da termodinâmica diz que dois corpos em temperaturas diferentes quanto em contato o de maior
temperatura transferira calor para o de menor até que ambos atinjam o equilíbrio térmico. Supondo que
duas esferas A e B, ambas feitas de Ferro e de mesmo tamanho. A esfera A tem uma temperatura de 250 °C
e B tem 30 °C, a temperatura do equilíbrio térmico entre as duas será de: (20 pts)
a) 140 °C pois as esferas são iguais em tamanho.
b) 250 °C pois o calor será transferido é o mesmo para as duas.
c) 0 °C esta é a temperatura de equilibrio de todos os corpos.
d) Ambas ficarão com a mesma temperatura, pois o Ferro não conduz calor.
e) Nenhuma das anteriores.​

Answer 1

O calor "Q" perdido ou recebido por qualquer uma das esferas é dado por:

Q = m.c.Δθ

Onde:

– "m" é  massa da esfera;

– "c" é o calor específico do material da esfera;

– "Δθ" é a variação de temperatura sofrida pela esfera.

Como as esferas A e B são feitas do mesmo material (ferro), podemos afirmar que elas possuem o mesmo calor específico. Além disso, o enunciado fala que elas são do mesmo tamanho, portanto essas esferas também possuem massas iguais.

Vamos chamar o calor específico de "c", a massa de "m" e a temperatura de equilíbrio térmico de "T".

O calor perdido pela esfera A será:

Qa = m.c.Δθ

Qa = m.c.(T - 250)

O calor recebido pela esfera B será:

Qb = m.c.Δθ

Qb = m.c.(T - 30)

Fazendo o balanço de energia térmica para essas duas esferas, temos:

Qa + Qb = 0

mc(T - 250) + mc(T - 30) = 0

mc(T - 250) = -mc(T - 30)

T - 250 = -(T - 30)

T - 250 = -T + 30

T + T = 30 + 250

2T = 280

T = 280/2

T = 140 °C

Logo, a temperatura de equilíbrio será 140 °C.

Observe que a temperatura de equilíbrio é o ponto médio entre as temperaturas iniciais das duas esferas — 30°C e 250 °C. Isso ocorre porque, como o calor específico e a massa são iguais para as duas esferas, ambas ganham e perdem calor com a mesma taxa. Sempre que a massa e o calor específico forem iguais para dois corpos, a temperatura de equilíbrio será o ponto médio entre as temperaturas iniciais.

Resposta: a)