Gabarito disponível
Considere duas barras X e Y, com 200 g cada, compostas por materiais hipotéticos distintos. Com o objetivo de determinar o calor específico de cada material, foram realizados os dois experimentos isobáricos a seguir:
Experimento 1: As barras X e Y, inicialmente a 230 ºC, foram colocadas simultaneamente em um mesmo recipiente isolado (m = 500 g e Cp = 0,1 cal·g⁻¹·ºC⁻¹), que continha água (m = 350 g e Cp = 1,0 cal·g⁻¹·ºC⁻¹), inicialmente a 25 ºC.
Experimento 2: A barra X, inicialmente a 260 ºC, e a barra Y, inicialmente a 185 ºC, foram colocadas simultaneamente no mesmo recipiente isolado, que continha os mesmos 350 g de água, inicialmente a 25 ºC.
Sabendo que, no início do experimento, a água e o recipiente se encontravam na mesma temperatura e que, em ambos os experimentos, o equilíbrio térmico foi atingido a 30 ºC, assinale a alternativa que apresenta o calor específico (em cal·g⁻¹·ºC⁻¹) dos materiais X e Y, respectivamente.
Experimento 1: As barras X e Y, inicialmente a 230 ºC, foram colocadas simultaneamente em um mesmo recipiente isolado (m = 500 g e Cp = 0,1 cal·g⁻¹·ºC⁻¹), que continha água (m = 350 g e Cp = 1,0 cal·g⁻¹·ºC⁻¹), inicialmente a 25 ºC.
Experimento 2: A barra X, inicialmente a 260 ºC, e a barra Y, inicialmente a 185 ºC, foram colocadas simultaneamente no mesmo recipiente isolado, que continha os mesmos 350 g de água, inicialmente a 25 ºC.
Sabendo que, no início do experimento, a água e o recipiente se encontravam na mesma temperatura e que, em ambos os experimentos, o equilíbrio térmico foi atingido a 30 ºC, assinale a alternativa que apresenta o calor específico (em cal·g⁻¹·ºC⁻¹) dos materiais X e Y, respectivamente.
Resolução comentada
Sistema de duas equações calorimétricas dá cX=0,03 e cY=0,02.
Considerando o mesmo recipiente nos dois experimentos, o calor ganho é 350×5 + 500×0,1×5 = 2000 cal. Exp. 1: 200·cX·200 + 200·cY·200 = 2000, então cX+cY=0,05. Exp. 2: 200·cX·230 + 200·cY·155 = 2000, ou 46000cX+31000cY=2000. Resolvendo, cX=0,03 e cY=0,02 cal/g·°C.
Análise das alternativas
A, B, C e E não satisfazem simultaneamente as duas equações (por exemplo, 0,025 e 0,025 não fecham o Exp. 2).
Referência: Calorimetria: Q = m·c·ΔT, equilíbrio térmico.
Resolução comentada do VaiConcursos.