Question

Um bloco de 500g de um metal desconhecido, que esteve na agua fervente por vários minutos, é rapidamente colocado dentro de um copo de isopor (isolante) contendo 1kg de agua a temperatura ambiente (20oC). Depois de esperar e mexer delicadamente por 5min, voce observa que a temperatura da agua alcançou o valor constante de 22oC.
a) Supondo que o isopor absorva uma quantidade desprezível de calor e que nenhum calor seja perdido para o ambiente, qual é o calor especifico do metal?
b) Que material é mais útil para armazenar energia térmica: esse metal ou uma quantidade igual de agua? Explique
c) suponha agora que o calor absorvido pelo isopor não seja desprezível. O calor especifico calculado na parte (a) seria alto demais, pequeno demais ou continuaria sedo correto? Explique

Answer 1

Analisando as questões sobre troca de calor e equilibrio termodinamico, podemos resposnder as perguntas uma a uma:

a) Supondo que o isopor absorva uma quantidade desprezível de calor e que nenhum calor seja perdido para o ambiente, qual é o calor especifico do metal?

O calor perdido por um corpo é calculado da seguinte forma:

$Q=m.c.\Delta T$

Neste caso temos calor ganho pela água e perdido pelo metal, então somando os dois, esta soma terá que ser 0, pois o calor que o metal perdeu é o calor que a água ganhou, sendo assim:

$m.c.\Delta T+m.c.\Delta T=0$

Sabemos que a temperatura inicial do metal era 100ºC, pois estava em água fervente e a final é a temperatura de equilibrio de 22ºC, e sabemos que o calor especifico da água é 1 cal/g.ºC:

$500.c.(22-100)+1000.1.(22-20)=0$

$500.c.(-78)+1000.1.(2)=0$

$-39000.c+2000=0$

$39000.c=2000$

$c=\frac{2000}{39000}$

$c=0,05$

Assim temos que este calor especifico é de 0,05 cal/g.ºC.

b) Que material é mais útil para armazenar energia térmica: esse metal ou uma quantidade igual de agua? Explique.

O calor especifico deste material nos diz que ele precisa de 0,05 cal para aquecer 1 grama em 1ºC, já a água precisa de 1 cal para aquecer a mesma quantidade em 1ºC, ou seja, a água é muito melhor para armazenar calor, pois ela consegue absorver muito mais calor sem mudar suas condições físicas.

c) suponha agora que o calor absorvido pelo isopor não seja desprezível. O calor especifico calculado na parte (a) seria alto demais, pequeno demais ou continuaria sendo correto? Explique.

O valor do calor especifico seria maior no caso em que ele perde calor para o isopor, pois além da água teria o calor a mais perdido para o siopor, logo o calor especifico ficaria maior no caso do metal, porém mesmo assim seria pouca diferença no resultado final, pois o calor especifico do isopor é muito maior que da água, logo, não absorveria tanto calor, alterando pouco o resultado final.