Calorimetria

(Enem 2013) Aquecedores solares usados em residências têm o objetivo de elevar a temperatura da água até 70 °C. No entanto, a temperatura ideal da água para um banho é de 30 °C. Por isso, deve-se misturar a água aquecida com a água à temperatura ambiente de um outro reservatório, que se encontra a 25 °C.

Qual a razão entre a massa de água quente e a massa de água fria na mistura para um banho à temperatura ideal?

a) 0,111.

b) 0,125.

c) 0,357.

d) 0,428.

e) 0,833.

Resposta Questão 1

O equilíbrio térmico é atingido quando as temperaturas dos dois corpos ficam iguais. Quando isso ocorre, a quantidade de calor cedida pela água quente é igual ao calor recebido pela água fria. Assim, podemos utilizar a equação:

Q1= - Q2

m1.c. ΔT1= - m2.c. ΔT2

O índice 2 é atribuído à água quente, e o índice 1, à água fria. O sinal negativo é dado a Q2porque a água quente cede calor para a água fria, ou seja, perde parte de sua energia.

Como c é um valor constante, já que se trata da mesma substância, ele pode ser simplificado na equação, e o ΔT deve ser substituído pela diferença entre as temperaturas final e inicial da água:

m1.(Tf - Ti)1= - m2.(Tf - Ti)2

Substituindo os dados do problema, temos:

m1.(30 - 70) = - m2.(30 – 25)

m1.(- 40) = - m2.(5)

m1= 5_

m2 40

m1= 0,125

m2

Alternativa B

(MACKENZIE) Uma fonte calorífica fornece calor continuamente, à razão de 150 cal/s, a uma determinada massa de água. Se a temperatura da água aumenta de 20ºC para 60ºC em 4 minutos, sendo o calor especifico sensível da água 1,0 cal/gºC, pode-se concluir que a massa de água aquecida, em gramas, é:

a) 500

b) 600

c) 700

d) 800

e) 900

Resposta Questão 2

Dados:

Q = 150 cal/s

Δt

T0 = 20ºC

T = 60ºC

Δt = 4 min

c = 1,0 cal/g.ºC

Primeiramente precisamos calcular a quantidade de calor total recebida pela água. O enunciado diz que, a cada segundo, uma fonte de calor fornece 150 cal e que a água ficou exposta a essa fonte por um período de 4 min.

• O tempo deve ser convertido para segundos para utilizarmos a mesma unidade de medida:

Δt = 4 min

Δt = 4 . 60s

Δt = 240 s

• Devemos calcular a quantidade de calor total. Para isso, multiplicamos a quantidade de calor recebida a cada segundo pelo tempo total:

Q = 150 . 240

Q = 36.000 cal

• Agora utilizamos a equação fundamental da calorimetria:

Q = m.c. ΔT

Substituindo os dados, temos:

36.000 = m . 1 . (60 – 20)