Exercícios Resolvidos de Transferência de Calor

CEFET – 1ª Prova – Hilário

Calcule o calor específico de um material, um metal, a partir dos seguintes dados: Um recipiente feito de metal com uma massa de 9,6   k g contêm 11 k g de água. Uma peça de 7,8 k g deste metal, inicialmente a 180 ° C , é colocado dentro da água. O recipiente e água tinham inicialmente uma temperatura de 20 ° C e a final do sistema foi 24 ° C .

Dados:

Calor específico da água: c a = 1   c a l / g . ° C

Passo 1

Bom galera, nessa questão vamos usar o conceito de transferência de calor. O pulo do gato dessa questão é sacar que algumas partes do sistema perdem calor e outras ganham, mas a energia no final se conserva, ou seja, o calor cedido é igual ao calor ganho.

Queremos achar o calor específico de um metal. Vamos chamar essa incógnita de c M .

Partiu resolver essa questão (:

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Passo 2

Primeiramente, vamos separar os componentes do sistema em dois grupos:

Os que perdem calor:

Só a peça de metal quente que é jogada na água

Os que ganham calor:

O recipiente de metal e a água.

Vamos calcular primeiro o calor cedido total. A peça de metal quente tinha uma temperatura inicial de 180 ° C , e, como a temperatura final de todo o sistema é 24 ° C , uma temperatura final de 24 ° C . Logo:

Q c e d i d o = - m c M ∆ T

Q c e d i d o = - 7,8.10 3 . c M . 180 - 24

Q c e d i d o = - 1216,8.10 3 c M

Vamos calcular agora o calor recebido total:

Q r e c e b i d o = Q á g u a + Q r e c i p i e n t e

Calor da água:

-Temperatura inicial da água: T i = 20 ° C

-Temperatura final: T f = 24 ° C

- Massa de água: m = 11 k g

- Calor específico da água: c a = 1   c a l / g . ° C

Logo:

Q á g u a = 11 . 10 3 . 1 . 24 - 20 = 44.10 3

Calor do recipiente:

-Temperatura inicial do recipiente: T i = 20 ° C

-Temperatura final: T f = 24 ° C

- Massa do recipiente: m = 9,6   k g

Logo:

Q r e c i p i e n t e = 9,6.10 3 c M . 24 - 20 = 38,4 . 10 3 c M

Logo, o calor recebido total é:

Q r e c e b i d o = Q á g u a + Q r e c i p i e n t e = 44.10 3 + 38,4 . 10 3 c M

Passo 3

O próximo passo é unir o calor cedido ao calor perdido através da conservação da energia. A energia deve ser conservada, isso quer dizer que:

Q c e d i d o + Q r e c e b i d o = 0

Como o calor cedido é definido como sendo negativo, ao ser somado ao calor recebido, que é positivo, anulará o resultado.

Usando os valores obtidos nos passos anteriores e a equação acima:

Q c e d i d o + Q r e c e b i d o = 0   → - 1216,8.10 3 c M +   44.10 3 + 38,4.10 3 c M = 0

1178.4 . 10 3 c M = 44.10 3  

→ c M = 44 1178.4 ≅ 0,037 c a l / g . ° C

Pronto! O valor do calor específico é:

c M = 0,037 c a l / g . ° C

Resposta

c M = 0,037 c a l / g . ° C

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