UFF – Física III – P1 – 2022.1
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?
- A água e o ferro permanecem em equilíbrio térmico
- A água e o ferro saem do equilíbrio térmico; o ferro fica mais quente
- A água e o ferro saem do equilíbrio térmico; a água fica mais quente
- É impossível saber sem conhecer as massas de água e de ferro
- 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?
Onde , e 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 , correto?
Você concorda comigo então que podemos escrever que:
Abrindo esse , ou seja, e representam as temperaturais final e inicial de cada corpo, podemos escrever:
Passo 3
Observe que podemos isolar a temperatura final dessa equação “Que MaCeTe”.
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
Olhando pra nossa equação:
Se e são iguais pra água e Ferro nesse problema, se é menor, isso quer dizer que , 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)