a) Como o conceito de capacidade térmica se aplica ao aquecimento de diferentes quantidades de água? As duas quantidades de água entrarão em ebulição ao mesmo tempo?
b) Agora, imagine a situação em que tenho dois recipientes com o mesmo formato, porém feitos de diferentes materiais. Ao aquecer uma mesma quantidade de água em cada recipiente, de acordo com o conceito de calor específico, quais condições fazem com que a água entre em ebulição primeiro em um dos recipientes?
b) Agora, imagine a situação em que tenho dois recipientes com o mesmo formato, porém feitos de diferentes materiais. Ao aquecer uma mesma quantidade de água em cada recipiente, de acordo com o conceito de calor específico, quais condições fazem com que a água entre em ebulição primeiro em um dos recipientes?
Passo 1
Beleza, vamos dar uma olhada no que a pergunta está pedindo. Primeiro, temos que entender o conceito de capacidade térmica e como ele se relaciona com o aquecimento de quantidades diferentes de água. A pergunta também quer saber se essas quantidades entram em ebulição ao mesmo tempo. Depois, na parte b), vamos falar sobre calor específico e como diferentes materiais dos recipientes influenciam na rapidez com que a água ferve. Para resolver isso, vamos precisar usar algumas fórmulas de calor e entender bem esses conceitos de capacidade térmica e calor específico.
Passo 2
Vamos começar com a parte a). A capacidade térmica ($ C
c $).
A fórmula é:
Onde:
- $ C $ é a capacidade térmica
- $ m $ é a massa
- $ c $ é o calor específico
Então, se temos diferentes quantidades de água, a capacidade térmica vai variar de acordo com a massa de cada quantidade.
Passo 3
Agora, para aquecer a água até a ebulição, precisamos fornecer uma quantidade de calor ($ Q $) que pode ser calculada pela fórmula:
Onde:
- $ Q $ é a quantidade de calor
- $ m $ é a massa da água
- $ c $ é o calor específico da água
- $ \Delta T $ é a variação de temperatura necessária para chegar à ebulição
Isso mostra que quanto maior a massa de água ($ m
Q $) precisamos para aquecer até a mesma temperatura.
Passo 4
Então, se tivermos duas quantidades diferentes de água sendo aquecidas com a mesma potência de fonte de calor, a que tem maior massa vai levar mais tempo para atingir a temperatura de ebulição, porque precisa de mais calor.
Portanto, as duas quantidades de água não entrarão em ebulição ao mesmo tempo. A menor quantidade de água vai ferver primeiro.
Passo 5
Agora, vamos para a parte b). Aqui, temos dois recipientes com o mesmo formato, mas feitos de materiais diferentes. Queremos saber como o calor específico desses materiais afeta o tempo para a água ferver.
O calor específico ($ c $) é a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de 1 grama de uma substância em 1 grau Celsius. Materiais diferentes têm calores específicos diferentes.
Passo 6
Quando aquecemos a água em recipientes feitos de materiais diferentes, o calor fornecido pela fonte de calor vai ser distribuído entre a água e o material do recipiente. A quantidade de calor que vai para o recipiente depende do seu calor específico e da sua capacidade térmica.
Se um recipiente tem um calor específico menor, ele vai aquecer mais rapidamente, absorvendo menos calor da fonte para a mesma variação de temperatura. Isso significa que mais calor permanece disponível para aquecer a água, fazendo com que ela ferva mais rápido.
Passo 7
Portanto, a água vai entrar em ebulição primeiro no recipiente feito do material com menor calor específico, porque esse recipiente vai aquecer mais rápido e absorver menos calor, deixando mais energia para aquecer a água.
Resposta
a) O conceito de capacidade térmica indica que quantidades diferentes de água precisam de quantidades distintas de calor para aquecer. Assim, duas quantidades diferentes de água não entram em ebulição ao mesmo tempo; a menor quantidade ferve primeiro.
b) Quando os recipientes têm materiais com diferentes calores específicos, a água no recipiente com o material de menor calor específico ferve primeiro, pois esse recipiente absorve menos calor, permitindo que mais energia aqueça a água mais rapidamente.