Em um experimento, deseja-se estimar o calor específico de um material metálico utilizando água e um calorímetro. Primeiramente, aqueceu-se 250 mL de água até 60^circ C e adicionou-se essa a 250 mL de água a 25 oC contidas no calorímetro. A temperatura final foi de 38^circ C. Considere a densidade da água como sendo 0,997 g / cm^3. Posteriormente, repetiu-se o experimento: aqueceuse o material metálico ( 15 g ) até a temperatura de 55^circ C e adicionou-se ao calorímetro, onde havia 250 mL de água a 25^circ C. A temperatura final foi de 34^circ C. Determine (a) capacidade térmica do calorímetro em cal / ^circ C.

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício de calorimetria juntos! A gente quer descobrir a capacidade térmica do calorímetro usando as informações do experimento. Para isso, vamos precisar entender alguns conceitos básicos de calorimetria, como calor perdido e calor ganho pelas substâncias envolvidas. Vamos por partes para não complicar.

Passo 2

Primeiro, vamos identificar os dados que temos no primeiro experimento:
  • Água quente: 250 mL a
  • Água fria no calorímetro: 250 mL a
  • Temperatura final:
  • Densidade da água:
Como sabemos que a densidade da água é , podemos calcular a massa de cada volume de água.

Passo 3

Calculando a massa das águas:
Massa = Volume times Densidade
Para a água quente:
m1 = 250 , mL times 0,997 , gcm^3 = 249,25 , g
Para a água fria:
m2 = 250 , mL times 0,997 , gcm^3 = 249,25 , g

Passo 4

Agora, vamos usar a lei da conservação de energia, que diz que o calor perdido pela água quente será igual ao calor ganho pela água fria e pelo calorímetro. A fórmula fica assim:
m1 c (Tquente - Tfinal) = m2 c (Tfinal - Tfria) + Ccalorímetro (Tfinal - Tfria) í
Onde:
  • é a massa
  • é o calor específico da água ( )
  • são as temperaturas

Passo 5

Substituindo os valores na equação:
249,25 times 1 times (60 - 38) = 249,25 times 1 times (38 - 25) + Ccalorímetro times (38 - 25) í
Calculando as diferenças de temperatura:
249,25 times 22 = 249,25 times 13 + Ccalorímetro times 13 í

Passo 6

Vamos simplificar a equação:
5493,5 = 3240,25 + 13 times Ccalorímetro í
Agora, isolamos 5493,5 - 3240,25 = 13 times Ccalorímetro í:
2253,25 = 13 times Ccalorímetro í
í

Resposta

Dividindo ambos os lados por 13 para encontrar a capacidade térmica do calorímetro:
Ccalorímetro = 2253,2513 approx 173,32 , cal/°C í
Portanto, a capacidade térmica do calorímetro é de aproximadamente 173,32 cal/°C.

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(a) Explique que princípios termodinâmicos rodeiam o equilíbrio térmico.
(d) Qual a importância da calibração do calorímetro?
(SILVA e FILHO, 2010, adaptado) Leia os preceitos a seguir e assinale a alternativa correta.
I. Temperatura é a medida do nível de energia interna de um corpo.
II. Calor é energia térmica em trânsito, entre dois corpos ou sistemas, devido à existência de diferença de temperatura entre eles.
III. Após certo tempo, as temperaturas dos dois corpos se igualam e o fluxo de calor é interrompido; neste instante, diz-se que estão em equilíbrio térmico.
a) I correta. b) I e II corretas. c) II e III corretas. d) Todas corretas. e) Todas erradas.
© Como o equilíbrio térmico se aplica na indústria?