Question

Para esfriar uma ferradura que foi finalizada, o ferreiro a
jogou em um recipiente com 3 litros de água. A ferradura estava a
1530°C e a água estava a 20°C. A capacidade térmica da
ferradura media 20 cal/°C e o calor específico da água media 1
cal/(g.ºC). Considerando que a água e a ferradura formam um
sistema termicamente isolado, qual a temperatura final do
sistema?

Answer 1

A temperatura final do sistema será de 30 ºC.

Para resolvermos essa questão devemos usar o conceito de equilíbrio térmico, no qual a variação de calor do meio é zero: ΔQ = 0

Assim, no equilíbrio, temos:

Q1 + Q2 = 0

C1 . ΔT + m2 . c2 . ΔT = 0

Nesse caso temos que a ferradura tem capacidade térmica de 20 cal/ºC e a água tem calor específico de 1 cal/gºC.

Como foi utilizado 3 L (3000 mL) de água e sua densidade é de 1 g/mL, teremos que esse volume corresponde a 3000 g.

Substituindo na equação:

20 . (Tf - 1530) + 3000 . 1 . (Tf - 20) = 0

20Tf - 30600 + 3000Tf - 60000 = 0

3020Tf = 90600

Tf = 30ºC

A temperatura final do sistema será de 30 ºC.