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Equilíbrio térmico: temperatura final de uma mistura

Informe massa, calor específico e temperatura de dois corpos para ver a temperatura final da mistura e o calor trocado em joules e calorias.

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Valores aproximados: água 4182, alumínio 897, cobre 385, ferro 449.

Valores aproximados: água 4182, alumínio 897, cobre 385, ferro 449.

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Mistura sem perdas

m1·c1·(T1 − Tf) = m2·c2·(Tf − T2); Tf = (m1·c1·T1 + m2·c2·T2) ÷ (m1·c1 + m2·c2)

Um corpo de 0,2 kg com calor específico de 897 J/(kg·K) a 80 °C, posto em 0,5 kg de água (4.182 J/(kg·K)) a 20 °C, leva o sistema a 24,74 °C. O calor trocado é 9.913,5 J, ou 2.369,4 cal (termoquímicas, 1 cal = 4,184 J).

Calores específicos de referência

Valores aproximados a 20–25 °C, em J/(kg·K): água 4182, alumínio 897, cobre 385, ferro 449. Eles variam com a temperatura e a liga. Misturando 1 kg e 2 kg de água a 90 °C e 20 °C, a temperatura final é 43,33 °C.

Limites

  • Sistema isolado: sem perdas para o ambiente e sem mudança de fase (fusão, ebulição).
  • Calor específico constante na faixa de temperatura; informe os valores do seu material.
  • Há duas calorias em uso: a termoquímica (4,184 J) e a internacional (4,1868 J); aqui vale a primeira.

Perguntas frequentes

Como calcular a temperatura de equilíbrio térmico de uma mistura?

Pondere as temperaturas pelas capacidades térmicas (massa vezes calor específico): Tf = (m1·c1·T1 + m2·c2·T2) ÷ (m1·c1 + m2·c2). Água a 90 °C (1 kg) com água a 20 °C (2 kg) fica a 43,33 °C.

Qual o calor específico da água?

Cerca de 4182 J/(kg·K) a 20 °C, ou 1 cal/(g·°C) na caloria termoquímica (4,184 J).

Qual o calor trocado em joules e calorias na mistura?

É a capacidade térmica do corpo vezes a variação de temperatura, em joules; divida por 4,184 para obter calorias termoquímicas (a internacional vale 4,1868 J).