Uma panela de ferro com massa igual a
contém
de água a uma temperatura de
. Um bloco de cobre de
a
é colocado dentro da panela com água. Calcule (a) qual a temperatura final da água, supondo que não ocorra perda de calor para o ambiente,
Passo 1
Então, vamos lá! A gente tem uma panela de ferro com 0,5 kg que já tá com 0,2 kg de água a 25°C. Aí, pulo dentro dessa panela um bloco de cobre de 0,25 kg a 150°C. A pergunta é: qual vai ser a temperatura final da água depois que todo mundo se equilibrar, assumindo que não perde calor pro ambiente. Aqui, vamos trabalhar com calorimetria, que é a parte da física que estuda como o calor é trocado entre os corpos.
Passo 2
Primeiro, a gente sabe que o calor que o bloco de cobre vai perder vai ser igual ao calor que a água e a panela de ferro vão ganhar. Isso porque a energia térmica não se perde, só se transfere. A equação fica assim:
Passo 3
Agora, precisamos lembrar como calcular o calor trocado. A fórmula é:
Onde:
-
é o calor -
é a massa -
é o calor específico -
é a variação de temperatura
Passo 4
Vamos colocar os valores na equação. Primeiro, precisamos saber os calores específicos:
- Cobre (
) = 385 J/kg°C - Água (
) = 4186 J/kg°C - Ferro (
) = 450 J/kg°C
Vamos chamar a temperatura final de
.
Então, o calor perdido pelo cobre é:
E o calor ganho pela água é:
E o calor ganho pelo ferro é:
Passo 5
Substituindo na equação inicial:
Vamos resolver passo a passo:
Primeiro, calcula cada parte:
Então, a equação fica:
Juntando os termos da direita:
Agora, vamos distribuir:
Agora, vamos juntar os termos com
de um lado e os números do outro:
Finalmente, isolamos
:
Resposta
A temperatura final da água é aproximadamente
.