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Enunciado

Física - Young and Freedman - Vol 2- Ed: 12º - Capítulo 17.Exercício - Ex. 45

17.45. Um bloco de 500,0 g de um metal desconhecido, que esteve na água fervente por vários minutos, é rapidamente colocado dentro de um copo de isopor (isolante) contendo 1,0 kg de água à temperatura ambiente (20 °C). Depois de esperar e mexer delicadamente por 5,0 min, você observa que a temperatura da água alcançou o valor constante de 22 °C. a) Supondo que o isopor absorva uma quantidade desprezível de calor e que nenhum calor seja perdido para o ambiente, qual é o calor específico do metal? b) Que material é mais útil para armazenar energia térmica: esse metal ou uma quantidade igual de água? Explique. C) Suponha agora que o calor absorvido pelo isopor não seja desprezível. O calor específico calculado na parte (a) seria alto demais, pequeno demais ou continuaria sendo correto? Explique.

Passo 1

Vamos lá, a gente pode começar calculando a transferência do calor para água

Q = m c a g u a Δ T a g u a

O calor especifico da água é

c a g u a = 4190 J k g   ° C

E a variação de temperatura é de 2 ° C , já que ela estava há 20 ° C e foi para 22   ° C .

E o calor especifico do metal a gente pode calcular assim

c m e t a l = Q m Δ T m e t a l

Então

c m e t a l = m c a g u a Δ T a g u a m Δ T m e t a l

A gente pode cortar a massa

c m e t a l = c a g u a Δ T a g u a Δ T m e t a l

Para a gente saber qual a variação de temperatura, temos que saber a temperatura inicial do metal. Como ele estava na água fervente, a temperatura inicial é 100   ° C , e afinal é 22 ° C , que é quando o metal entra em equilíbrio com a água.

Agora é só substituir os valores

c m e t a l = 4190 ⋅ 22 - 20 100 - 22

Fazendo essa continha temos

c m e t a l = 215 J k g   ° C

Passo 2

Agora vamos para o item (b). Qual é o melhor material para armazenar energia térmica: a água ou o metal. Bem o calor especifico da água é maior do que a do metal.

c a g u a > c m e t a l

Ou seja, precisa-se de uma quantidade maior de calor para mudar 1   ° C de temperatura da água do que para alterar no mesmo valor a temperatura do metal. Logo é mais fácil mudar a temperatura do metal do que da água. Sendo assim a água é melhor para armazenar a energia térmica.

A gente pode pensar também que o metal estava a 100 ° C e foi para 22 ° C , enquanto a água foi de 20 ° C para 22 ° C . A temperatura do metal é muito mais fácil de mudar, sendo assim, a

água é bem melhor para armazenar energia térmica.

Passo 3

Se o calor se perde para o isopor também vamos precisar de uma quantidade maior de calor para variar o mesmo tanto de temperatura. Então seria um calor especifico menor.

Resposta

  1. 215 J k g   ° C
  2. A água
  3. Menor
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