Obtenha a expressão para o cálculo do calor específico da peça metálica (
) em termos das variáveis da tabela 4, calor específico da água (
), massa da peça metálica
e a capacidade térmica do calorímetro (
). Explicite abaixo os seus cálculos.
Passo 1
Beleza, vamos lá! O enunciado está pedindo para a gente encontrar uma expressão que calcule o calor específico da peça metálica (
). Para isso, vamos usar conceitos de calorimetria, que é a parte da física que estuda as trocas de calor entre substâncias. Vamos precisar das seguintes variáveis:
-
: calor específico da água -
: massa da peça metálica -
: capacidade térmica do calorímetro - Além disso, provavelmente teremos que considerar as temperaturas envolvidas, mesmo que não estejam explicitamente mencionadas na tabela 4.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar que quando um objeto quente é colocado em contato com um ambiente mais frio (como água e um calorímetro), o calor que ele perde é igual ao calor que ele ganha o ambiente. Isso é a Lei da Conservação da Energia aplicada à termodinâmica.
Matematicamente, isso fica assim:
Passo 3
Agora, vamos expressar cada um desses calores. O calor perdido ou ganho pode ser calculado pela fórmula:
Onde:
-
é o calor -
é a massa -
é o calor específico -
é a variação de temperatura
Passo 4
Aplicando isso à nossa situação:
- Calor perdido pela peça metálica:
- Calor ganho pela água:
- Calor ganho pelo calorímetro:
Passo 5
De acordo com a lei da conservação da energia:
Passo 6
Nosso objetivo é isolar
. Vamos fazer isso dividindo ambos os lados da equação por
:
Passo 7
Podemos simplificar ainda mais a expressão, agrupando os termos que têm
:
Resposta
Portanto, a expressão para o cálculo do calor específico da peça metálica (
) é: