Equilíbrio térmico – corpo quente mergulhado na água

O que mostra

Quando um corpo quente é colocado em água mais fria dentro de um calorímetro isolado, a energia é transferida como calor do corpo mais quente para o mais frio até que ambos atinjam a mesma temperatura. Sem perdas, o calor cedido é igual ao calor recebido e cada corpo obedece a Q = mcΔT, de modo que a temperatura final é uma média ponderada mais próxima do corpo com maior capacidade térmica mc. Quando o corpo é gelo a 0 °C, a energia vai primeiro para derretê-lo, Q = mλ, com λ o calor latente de fusão, sem que sua temperatura suba.

Como usar

Com o corpo de alumínio a 100 °C e a água a 20 °C do padrão, preveja a temperatura de equilíbrio pela equação do equilíbrio térmico e depois observe o gráfico T(t). Mude o Material do corpo 1 para cobre ou ferro com as mesmas massas e temperaturas para ver o efeito do calor específico. Em seguida, escolha gelo a 0 °C e procure o trecho horizontal da curva enquanto ele derrete. Variar a Massa de água mostra como uma massa maior limita a variação de temperatura.

Parâmetros que você pode mudar

• Massa do corpo 1 0,1–5 kg
• Material do corpo 1 Alumínio (c = 880 J/kg·K), Cobre (c = 380 J/kg·K), Ferro (c = 460 J/kg·K), Água (c = 4200 J/kg·K), Gelo a 0 °C (λ = 334 kJ/kg)
• Temperatura inicial do corpo 1 0–100 °C
• Massa de água 0,1–5 kg
• Temperatura inicial da água 0–100 °C

Perguntas para explorar

1. Por que a temperatura de equilíbrio fica muito mais próxima da temperatura inicial da água quando o corpo 1 é um metal?
2. Com a mesma massa e temperatura inicial, o cobre ou o alumínio aquece mais a água? Por quê?
3. O que o trecho horizontal a 0 °C na curva do gelo mostra sobre o destino da energia absorvida?