5- Duas substâncias, uma sólida com calor específico
, e outra líquida, desconhecida, são colocadas dentro de um calorímetro. As duas substâncias possuem massas iguais a 200 g . A temperatura inicial do sólido é de
, e do líquido desconhecido, de
. A temperatura final no calorímetro é de
. Qual é o calor específico do líquido desconhecido?
Passo 1
O enunciado pede para encontrar o calor específico da substância líquida desconhecida, dadas as seguintes informações:
- massa do sólido:
- calor específico do sólido:
- temperatura inicial do sólido:
- massa do líquido:
- calor específico do líquido:
(desconhecido, é o que queremos achar) - temperatura inicial do líquido:
- temperatura final do conjunto (equilíbrio térmico):
Pergunta: qual é o valor de
?
Passo 2
Conceito físico importante: em um calorímetro isolado (sem troca de calor com o meio externo), a energia térmica perdida por um corpo é igual à energia térmica ganha pelo outro. A equação básica para a quantidade de calor trocado por um corpo que muda de temperatura é
onde:
-
é o calor recebido (em joules). Se o corpo perde calor, fica negativo; se ganha, fica positivo. -
é a massa (em gramas, aqui) -
é o calor específico (em ) -
é a variação de temperatura, definida como (em kelvin ou graus Celsius; as diferenças de temperatura em °C e K têm o mesmo valor numérico)
Exemplo rápido para fixar: se um corpo de
com
esfria de
para
, então
e o calor trocado é
(perdeu
).
Passo 3
Aplicando conservação de energia térmica no calorímetro:
Substituindo
para cada um:
Passo 4
Calcule as variações de temperatura dos dois corpos:
Variação do sólido:
Variação do líquido:
Agora substituímos na equação do passo anterior:
Passo 5
Resolvendo a equação para
:
Primeiro isolamos o termo com
:
O lado direito simplifica para:
Agora dividimos ambos os lados por
:
Interpretação curta: o valor
é muito próximo do calor específico da água (
), então faz sentido fisicamente se o líquido for água.