Equilíbrio térmico teoria e aplicações
Professora : Adrianne Mendonça
imagine um corpo A e um corpo B onde A > B 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.
Qtrocado = 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.
Aplicação 1
Misturando um litro de água a 70oC e dois litros de água a 10oC, obtemos três litros de água a:
a) 70oCb) 40oCc) 35oCd) 30oCe) 20oC
Resolução:Q m c f i
Água quente 1000 g 1 x 70Água fria 2000 g 1 x 10
Q1 + Q2 = 0
1000 . 1 . (x – 70) + 2000 . 1 . (x – 10) = 01000 x – 70.000 + 2000 x – 20.000 = 03000 x = 90.000X = 30 °C
Alternativa D
Aplicação 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 f i
Água fria 18.000 g 1 36 24Água quente x 1 36 72
Q1 + Q2 = 0
18.000 . 1 . (36 – 24) + x . 1 . (36 – 72) = 018.000 . 12 + x . (-36) = 036 . x = 216.000X = 6.000 g 6 litros
Alternativa B
Aplicação 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 f i
corpo m X 70 270Água m 1 70 50
Q1 + Q2 = 0
m . x . (70 – 270) + m . 1 . (70 – 50) = 0-200.m.x + 20.m = 0200.m.x = 20.mX = 0,10 cal/g.°C
Alternativa E
Aplicação 4
Um calorímetro de capacidade termica 100cal/ºC contem 500 gramas de agua a temperatura de 30º. um corpo de cobre cuja massa é de 200 gramas e cuja temperatura eh 300 ºC eh jogado dentro do calorimetro.calcule a temperatura de equilibrio. Sao dados:calor especifico da agua = 1,0 cal/gºC;calor especifico do cobre = 0,093 cal/gºC.
Resolução
C = capacidade térmica do calorímetro = 100 cal/ºC = m.cti = temperatura inicial para o calorímetro e a água = 30º Ctf = temperatura do equilíbrio térmico = ?ti = temperatura inicial para o cobre = 300º C
Resolução
Q calorímetro + Q água + Q cobre = 0m.c.(tf - ti) + m.c.(tf - ti) + m.c.(tf - ti) = 0C.(tf - ti) + m.c.(tf - ti) + m.c.(tf - ti) = 0100.(tf - 30) + 500.1.(tf - 30) + 200.0,093.(tf - 300) = 0100 tf - 3000 + 500 tf - 15000 + 18,6.(tf - 300) = 0100 tf - 3000 + 500 tf - 15000 + 18,6 tf - 5580 = 0100 tf + 500 tf + 18,6 tf = 3000 + 15000 + 5580618.6 tf = 23580tf = 23580/618,6tf = 38,11º C
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