Física teórica

TROCAS DE CALOR
01. Dentro de um recipiente termicamente isolado, são misturados 200 g de alumínio cujo calor específico é 0,2 cal/g.°C, à temperatura inicial de 100 °C, com 100 g de água, cujo calor específico é 1 cal/g.°C, à temperatura inicial de 30 °C. Determine a temperatura final de equilíbrio térmico.

Resolução: Como o sistema é isolado termicamente, as trocas de calor envolvem apenas a água e o alumínio, portanto, vale a equação:

Qágua + QAl = 0, mág • cág • (Tf – Tiag) + mAl • cAl • (Tf – Tial) = 0,
100 • 1,0 • (Tf – 30) + 200 • 0,2 • (Tf – 100) = 0,
100 • (Tf – 30) + 40 • (Tf – 100) = 0,
100Tf – 3000 + 40Tf – 4000 = 0, 140 Tf – 7000 = 0,
140 Tf = 7000,
Tf = 50 ºC.

02. Em um recipiente adiabático (que não troca calor com o meio exterior), juntamos 2000g de água a 22 ºC, 400g de mercúrio a 60 ºC e uma massa m de certa substancia x a 42ºC. Determine o valor da massa, sabendo-se que a temperatura final de equilíbrio térmico é 24 ºC. (dado CHg 0,033 cal/gºC , Cx= 0,113 cal/gºC).

Resolução: Observando a situação vemos que, pela temperatura de equilíbrio ser 42ºC, verificamos que a água recebeu calor, o mercúrio e a substancia x perderam calor. Pelo principio das trocas de calor:
Qágua + QHg +Qx = 0,

mág • cág • (Tf – Tiag) + mHg • cHg • (Tf – TiHg)+ mx• cx • (Tf – Tix) = 0,

2000 . 1 . (24 - 22) + 400 . 0,033 . (24 - 60) + m . 0,113 . (24 – 42) = 0,

m = 1472 g.

03. Uma vasilha adiabática contem 100g de água a 20ºC, misturando 250g de ferro a 80ºC, a temperatura atinge 33ºC. Determine o calor especifico do ferro. (Dado: calor especifico da água 1cal/gºC)
Qágua + QFe = 0, mág • cág • (Tf - Tiag) + mFe • cFe • (Tf - TiFe) = 0,
100. 1. ( 33 – 20) + 250 . cFe . (33 – 80) = 0,
100 . 1. 13 + 250 . cFe . (-47) = 0,
1300 – 11750 cFe = 0,
1300 = 11750 . cFe cFe = 0.11 cal/gºC.

04. Em um recipiente termicamente isolado, colocam-se 100 g de gelo a 0 °C. Faz-se chegar a esse recipiente vapor de água a 100 °C, até que