O calor específico da água é consideravelmente maior do que o do ferro. Considere iguais massas de água e ferro inicialmente em equilíbrio térmico. Se a mesma quantidade de calor, digamos 100 calorias, é fornecida tanto à água quanto ao ferro, qual das afirmações é verdadeira?

  1. A água e o ferro permanecem em equilíbrio térmico
  2. A água e o ferro saem do equilíbrio térmico; o ferro fica mais quente
  3. A água e o ferro saem do equilíbrio térmico; a água fica mais quente
  4. É impossível saber sem conhecer as massas de água e de ferro
  5. É impossível saber sem conhecer os calores específicos da água e do ferro

Passo 1

E aí, galerinha! Tudo na paz por aí?

Eu amoooooo essas questões teóricas de transferência de calor porque ela mostra pra gente o quão natural podemos ter essa disciplina em nossas vidas no dia-a-dia.

Quando estamos falando de transferência de calor, precisamos lembrar inicialmente dos dois tipos que um material pode receber essa energia. Você se lembra quais são?

Temos o calor latente e o calor sensível, onde o primeiro a gente só vai usar quando tivermos um material TROCANDO DE FASE e o outro é quando o material NÃO PASSOU POR MUDANÇA DE FASE.

Nesse problema, em nenhum momento o enunciado diz que essa quantidade de calor dada foi suficiente pra que a água ou ferro mudassem de fase, então, partimos do pressuposto que estamos falando do calor SENSÍVEL, ok?

E qual é a fórmula?

Q = m c Δ T

Onde Q ,   m , c e Δ T são a quantidade de calor dada ao material, a massa, capacidade calorífica do material e a diferença de temperatura. Pra você nunca mais esquecer essa fórmula, basta lembrar da frase: “Que MaCeTe”, onde as letras maiúsculas fazem referência à fórmula.

Agora que vimos todo esse enredo teórico, bora seguir!!!

Passo 2

Bem, como o enunciado disse, nós temos uma mesma quantida de calor dada tanto ao ferro quanto a água, logo o Q F e = Q H 2 O , correto?

Você concorda comigo então que podemos escrever que:

Q = m c Δ T F e

Q = m c Δ T H 2 O

Abrindo esse Δ T = ( T f - T i ) , ou seja, T f e T i representam as temperaturais final e inicial de cada corpo, podemos escrever:

Q = m c T f - T i F e

Q = m c T f - T i H 2 O

Passo 3

Observe que podemos isolar a temperatura final dessa equação “Que MaCeTe”.

T f = Q m c - T i

Dá uma olhadinha nessa equação! Você consegue ver que ela depende da capacidade calorífica do material? Logo se temos água e ferro, esse carinha vai ser diferente, e portanto, podemos já dizer que a letra (A) está errada, porque como eles possuem capacidade calorífica distintas, não vamos ter uma temperatura final igual, mesmo que comecemos com a mesma temperatura inicial, tenham a mesma massa e recebam a mesma quantidade de calor.

A letra (D) e (E) também não são verdadeiras porque conhecemos as massas de água e ferro e mesmo sem conhecer as capacidades caloríficas, podemos ter uma ideia empírica disso, certo? Só você pensar: quem esquenta mais rápido? O ferro ou a água?

Sabemos que é o ferro, porque quem aqui nunca foi fazer um ovo na frigideira com uma colher de alumínio e depois meteu a mão e quase perdeu os dedos, né? Hahaha

Passo 4

Depois da piadinha ali em cima, a gente então tem que entender o que é a capacidade calorífica. Ela diz respeito da quantidade de energia que eu preciso dar pra um material mudar de temperatura.

Em resumo: QUANTO MENOR A CAPACIDADE CALORÍFICA, MENOS ENERGIA EU PRECISO DAR PRA MUDAR 1°C NO MEU MATERIAL. EM OUTRAS PALAVRAS, QUANTO MENOR C, MAIS RÁPIDO A PARADA ESQUENTA OU RESFRIA.

Logo, isso mostra pra gente que c F e < C H 2 O

Olhando pra nossa equação:

T f = Q m c - T i

Se Q ,   m e T i são iguais pra água e Ferro nesse problema, se c F e é menor, isso quer dizer que T f F e > T f H 2 O , certo?

Ou seja, para uma mesma condição física, mudando apenas o material, o que tiver MENOR CAPACIDADE CALORÍFICA terá a maior temperatura final.

Portanto, água e ferro sairão do equilíbrio térmico e o Fe terá a maior temperatura final. Logo, a letra (B) é a correta.

Resposta

(B)

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