Equilíbrio térmico
Imagine um corpo A e um corpo B onde qA > qB num sistema termicamente isolado. O que se observa é que o corpo A vai transferir energia térmica para o corpo B até que ocorra o equilíbrio térmico. Como o sistema é termicamente isolado, ou seja, não troca energia térmica com o meio, o calor cedido por A (-QA) é igual ao calor recebido por B (QB).
Assim pode-se escrever:
-QA = +QB
QA + QB = 0
Conclui-se que: quando dois ou mais corpos, colocados em contato, constituem um sistema isolado, a soma algébrica das quantidades de calor trocadas até o equilíbrio térmico é igual a zero.
SQtrocado = 0
Calorímetros são recipientes metálicos revestidos de isopor, que faz deles um sistema isolado, utilizado para realizar experiências de trocas de calor.
O calorímetro deve servir como recipiente e participar das trocas de calor, cedendo ou recebendo calor para o conteúdo.
Calorímetro ideal: além de impedir as trocas de calor do seu conteúdo com o meio externo, não pode permitir troca de calor com os corpos nele contidos. Sua capacidade térmica é considerada desprezível.
Exercício resolvido
1. Misturando um litro de água a 70oC e dois litros de água a 10oC, obtemos três litros de água a:
a) 70oC
b) 40oC
c) 35oC
d) 30oC
e) 20oC
Resolução:
| Q | m | c | qf | qi |
| Água quente | 1000 g | 1 | x | 70 |
| Água fria | 2000 g | 1 | x | 10 |
Q1 + Q2 = 0
1000 . 1 . (x – 70) + 2000 . 1 . (x – 10) = 0
1000 x – 70.000 + 2000 x – 20.000 = 0
3000 x = 90.000
X = 30 °C
Alternativa D
2. Uma bacia contém 18 litros de água à temperatura de 24 oC. Desprezando-se a capacidade térmica da bacia e as perdas para o ambiente, pode-se obter uma mistura à temperatura final de 36 oC. despejando-se na bacia certa quantidade de água a 72 oC. Essa quantidade de água deverá ser de:
a) 7,5 litros
b) 6,0 litros
c) 4,5 litros
d) 3,0 litros
e) 1,5 litros
Resolução:
| Q | m | c | qf | qi |
| Água fria | 18.000 g | 1 | 36 | 24 |
| Água quente | x | 1 | 36 | 72 |
Q1 + Q2 = 0
18.000 . 1 . (36 – 24) + x . 1 . (36 – 72) = 0
18.000 . 12 + x . (-36) = 0
36 . x = 216.000
X = 6.000 g ® 6 litros
Alternativa B
3. Um corpo de massa m a 270o C é colocado em um recipiente, onde existe idêntica massa de água a 50o C, obtendo-se uma temperatura de equilíbrio igual a 70o C. Admitindo que somente houve troca de calor entre o corpo e a água, o calor específico do corpo, em cal/goC, é igual a:
a) 0,010
b) 0,030
c) 0,054
d) 0,20
e) 0,10
Resolução:
| Q | m | c | qf | qi |
| corpo | m | X | 70 | 270 |
| Água | m | 1 | 70 | 50 |
Q1 + Q2 = 0
m . x . (70 – 270) + m . 1 . (70 – 50) = 0
-200.m.x + 20.m = 0
200.m.x = 20.m
X = 0,10 cal/g.°C
Alternativa E