Um recipiente de alumínio (
) com massa igual a
, encontra-se na temperatura de
, é totalmente preenchido com
de água
), que inicialmnte encontra-se a uma temperatura de
. Supondo que não existe troca de calor com o ambiente externo, calcular a temperatura do sistema quando for atingido o equilíbrio térmico.
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A gente tem um recipiente de alumínio e água a diferentes temperaturas e precisa descobrir qual vai ser a temperatura final quando eles alcançarem o equilíbrio térmico. Vamos usar conceitos de calorimetria, que é a parte da física que estuda as trocas de calor entre corpos. Precisamos das massas, capacidades térmicas específicas e temperaturas iniciais dos dois materiais para calcular isso.
Passo 2
Primeiro, vamos entender que quando dois corpos com temperaturas diferentes estão em contato, o calor vai fluir do mais quente para o mais frio até que ambos alcancem a mesma temperatura. Nesse caso, a água está mais quente que o alumínio, então ela vai perder calor e o alumínio vai ganhar. A quantidade de calor perdida pela água será igual à quantidade de calor ganha pelo alumínio.
Passo 3
Vamos usar a fórmula do calor:
Onde:
-
é o calor, -
é a massa, -
é a capacidade térmica específica, -
é a variação de temperatura.
Como o calor perdido pela água é igual ao calor ganho pelo alumínio:
Passo 4
Agora, vamos substituir os valores fornecidos na fórmula:
Primeiro, multiplicamos as massas pelas capacidades térmicas:
Expandindo os parênteses:
Agora, vamos juntar os termos com
de um lado e os constantes do outro:
Passo 5
Para encontrar
, dividimos ambos os lados por 1361{,}76:
Resposta
A temperatura de equilíbrio térmico do sistema é de aproximadamente 66,0 °C.
Exercícios relacionados
Ar, no estado padrão, escoa com uma vazão de
num duto de ferro galvanizado horizontal que apresenta seção transversal retangular
por
. Estime a perda de pressão se o comprimento do duto é igual a
.
Bombeia-se gasolina ao longo de um tubo horizontal de ferro fundido
com diâmetro de 8 in e 300 m de comprimento. A pressão absoluta na saída da bomba (instalada no início do tubo) é igual a
e a pressão de saída do tubo é atmosférica. Determinar a vazão escoada no tubo.
Uma barra de chumbo
com 15 cm de comprimento é colada pela extremidade numa barra de cobre (
) de 25 cm de comprimento. As duas barras são perfeitamente isoladas em suas partes laterais. As seções transversais das duas barras são iguais a um quadrado com lados iguais a 12 mm . A extremidade livre da barra de chumbo encontra-se fixada numa parede que é mantida a
, e a extremidade livre da barra de cobre é fixada numa parede que é mantida a
. Calcular a temperatura na junção entre as duas barras e a taxa total de transferência de calor.
No interior de um recipiente, calor produzido por decaimento radiativo incide nas paredes do recipiente numa taxa de
. A parede do recipiente é de aço (
) com espessura de 10 mm . Considerando-se que a temperatura é uniforme no interior do recipiente e que na superfície externa do recipiente,
0,17 , calcular as temperaturas das superfícies interna e externa do recipiente. O recipiente está trafegando no espaço sideral onde
.