ATEC-SP) Uma panela de ferro de massa 2500 g está à temperatura de
. Derrama-se nela 1 litro de água a
. Admitindo-se que só haja trocas de calor entre a água e a panela, pode-se afirmar que o equilíbrio térmico se dará à temperatura de:
a)
c)
e)
b)
(d)
Dados: calor específico do ferro
; calor específico da água
; densidade absoluta da água
.
a)
c)
e)
b)
(d)
Dados: calor específico do ferro
Passo 1
Beleza, curta o enunciado: temos uma panela de ferro com massa de 2500 g a 20 °C e despejamos nela 1 L de água a 80 °C. Só há troca de calor entre panela e água, então no equilíbrio a temperatura final é a mesma para os dois.
Conteúdo: calorimetria / equilíbrio térmico.
O que vamos usar:
Conteúdo: calorimetria / equilíbrio térmico.
O que vamos usar:
- Fórmula do calor sensível:
. - Princípio de conservação de energia: o calor perdido pela água = o calor ganho pela panela.
- Densidade da água para converter 1 L → 1000 g.
Passo 2
Teoria envolvida:
– Calor sensível: quando um corpo muda de temperatura sem mudar de fase, o calor trocado é
– Calor sensível: quando um corpo muda de temperatura sem mudar de fase, o calor trocado é
onde
• é a massa,
• é o calor específico,
• é a variação de temperatura.
– Em calorimetria isolada, a soma dos calores trocados é zero:
•
•
•
– Em calorimetria isolada, a soma dos calores trocados é zero:
Passo 3
Pegar os dados e converter:
• Panela:
• Água: densidade = 1 kg/L ⇒ 1 L = 1000 g, então
• Temperatura final (desconhecida): .
• Panela:
• Água: densidade = 1 kg/L ⇒ 1 L = 1000 g, então
• Temperatura final (desconhecida):
Passo 4
Escrever a equação de equilíbrio térmico:
Ou seja,
Mas atenção: água esfria, então
é negativo, e panela esquenta,
é positivo.
Substituindo números:
Simplificando:
Distribuindo:
Passo 5
Isolar
:
Faz sentido, pois fica entre 20 °C e 80 °C.
Resposta
A temperatura de equilíbrio é 68 °C.