Física, perguntado por manuzinha0608, 6 meses atrás

Uma bloco de cobre de massa igual a 100 g e a uma temperatura de 130°C
é mergulhada dentro de um recipiente que contém 100 g de água,
inicialmente a 20°C. Desprezando o calor perdido para o ambiente e
absorvido pelo recipiente, determine a temperatura de equilibrio térmico.
DADOS:
Calor específico do cobre = 0,03 cal/g°C
Calor específico da água = 1 cal/gºC

Soluções para a tarefa

Respondido por nayanialvesr

Resposta:

A temperatura de equilíbrio térmico é aproximadamente 16,6ºC

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 cobre, no final da troca de calor, ficarão com a temperatura de equilíbrio térmico que é nossa incógnita. Portanto, chamaremos ela de Y.

2. Outro conceito importante é o da Lei Zero da Termodinâmica, a qual diz que dois corpos com temperaturas diferentes, quando em contato, trocarão calor, de modo que o corpo com maior temperatura perderá calor para o corpo de menor temperatura, a fim de encontrar o equilíbrio. Assim, a quantidade de calor perdida por um corpo é a mesma quantidade de calor recebida pelo outro corpo, até que ambos fiquem com a mesma temperatura final.

3. Assim, calcularemos quanto de calor o cobre e quanto de calor a água trocaram. Para isso, utilizaremos a Equação fundamental da Calorimetria:

Q = mcΔΘ

Em que:

Q = quantidade de calor (cal)

m = massa do corpo (g)

c = calor específico da substância (cal/ g.ºC)

ΔΘ = variação de temperatura (ºC)

4. Quantidade de calor que o cobre perdeu (Qc):

Q = mcΔΘ

Qc = 100 x 0,03 x (Temperatura final - 130)

Qc = 3 x (Y - 130)

Qc = 3Y - 390

5. Agora, calcularemos quanto a água recebeu de calor (Qa)

Q = mcΔΘ

Qa = 100 x 1 x ( Temperatura final - 20)

Qa = 100 x ( Y - 20)

Qa = 100Y - 2000

- Relembrando que ambos ficaram com a temperatura final Y porque o enunciado nos diz que eles alcançaram o equilíbrio térmico.

5. Agora, voltando ao conceito expresso no tópico 2, entendemos que a quantidade de calor que o cobre perdeu (Qc) é a mesma quantidade de calor que a água recebeu (Qa). Dessa forma, é possível igual as duas equações:

Qc = Qa

3Y - 390 = 100Y - 2000

92Y = 1610

Y = 16,6ºC

OBSERVAÇÃO: Acredito que algum dado do enunciado esteja errado, visto que o resultado final não tenha dado exato. Mas o raciocínio é esse e você conseguirá aplicar para qualquer valor.