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