Questão 2 (
pontos) Um calorímetro ideal isolado contém 500 ml de água a
. Uma esfera de aço, maciça, com
de volume, a
, é colocada dentro do calorímetro, formando um sistema “água + esfera”.
a) Calcule a temperatura de equilíbrio do sistema.
b) Calcule o volume (em ml) do sistema “água + esfera” ao atingir a temperatura de equilíbrio.
Apresente precisão de, pelo menos, 3 casas decimais.
Dados:
C
Cágua
.
a) Calcule a temperatura de equilíbrio do sistema.
b) Calcule o volume (em ml) do sistema “água + esfera” ao atingir a temperatura de equilíbrio.
Apresente precisão de, pelo menos, 3 casas decimais.
Dados:
Passo 1
O enunciado combina dois conteúdos: calorimetria (equilíbrio térmico sem perdas) para achar a temperatura final
do sistema “água
esfera de aço” e dilatação térmica volumétrica para calcular o volume final de cada parte. Vamos precisar das massas dos corpos, capacidades térmicas e coeficientes de dilatação volumétrica (água) e linear (aço).
Passo 2
Calculamos as massas:
A água tem volume inicial mL
e densidade
, logo
A água tem volume inicial
A esfera de aço tem volume inicial
cm
e densidade
, logo
Passo 3
Pelo balanço de energia (calor cedido pelo aço
calor absorvido pela água):
Substituindo
,
,
,
:
Isto dá
Passo 4
Para a água usamos dilatação volumétrica com coeficiente
e
C:
logo
Passo 5
Para a esfera de aço usamos coeficiente volumétrico
e
C:
portanto
Passo 6
O volume total final é
Resposta
(a)
(b)
(b)