Ao comparar uma peça de aço a
com uma pedra de gelo a
, um estudante de termodinâmica afirmou que a peça de aço possuía mais calor do que a pedra de gelo. A afirmação está correta? Defina o conceito de calor em sua resposta.
Passo 1
Vamos resumir o que a questão está pedindo. Temos uma peça de aço a 90°C e uma pedra de gelo a -5°C. Um estudante disse que a peça de aço tem mais calor que a pedra de gelo. Vamos verificar se isso está correto. Para resolver isso, vamos precisar entender o que é calor e como ele se relaciona com a temperatura e a quantidade de substância.
Passo 2
Primeiro, precisamos definir o conceito de calor. Calor é uma forma de energia que é transferida entre objetos devido a uma diferença de temperatura. Não é a mesma coisa que temperatura; enquanto a temperatura mede o quão quente ou frio algo está, o calor está relacionado à energia total que um objeto possui devido à sua temperatura.
Passo 3
Para comparar o calor entre a peça de aço e a pedra de gelo, devemos considerar não apenas a temperatura, mas também a quantidade de matéria (massa) e o tipo de material, já que diferentes materiais têm diferentes capacidades térmicas.
Passo 4
A capacidade térmica específica ($ c $) é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1 kg de uma substância em 1°C. Para o aço, $ c_{aço} $ é aproximadamente 500 J/(kg·°C), e para a água (vamos assumir que a pedra de gelo tem a mesma capacidade térmica), $ c_{água} $ é cerca de 4186 J/(kg·°C).
Passo 5
A quantidade de calor ($ Q $) pode ser calculada usando a fórmula:
onde:
- $ m $ é a massa,
- $ c $ é a capacidade térmica específica,
- $ \Delta T $ é a variação de temperatura.
Passo 6
Sem saber a massa de cada objeto, não podemos calcular exatamente o calor total. No entanto, sabemos que a variação de temperatura da peça de aço é de 90°C e da pedra de gelo é de -5°C, indicando que o aço está em uma temperatura mais alta. Mas, para afirmar que um tem mais calor que o outro, precisaríamos considerar a massa e a capacidade térmica específica de cada um.
Passo 7
Além disso, a pedra de gelo está em um estado de mudança de fase se estiver a 0°C, mas como está a -5°C, ainda é sólida. Isso significa que a energia interna (calor) do aço não necessariamente é maior que a da pedra de gelo apenas com base na temperatura.
Passo 8
Portanto, sem informações adicionais sobre a massa e outros fatores, a afirmação do estudante de que a peça de aço possui mais calor do que a pedra de gelo não pode ser confirmada como correta.
Resposta
A afirmação do estudante está incorreta. Calor é a energia transferida entre corpos devido a uma diferença de temperatura, e não depende apenas da temperatura, mas também da massa e da capacidade térmica específica dos materiais envolvidos.