Calorímetros são recipientes termicamente isolados utilizados para estudar a troca de calor entre corpos. Em um calorímetro, em equilíbrio térmico com uma amostra de 100 g de água a 40 ºC, é colocado mais 60 g de água a 80 ºC. Sabendo que o sistema atinge uma temperatura de equilíbrio igual a 52 ºC, qual a capacidade térmica, em cal/ºC, deste calorímetro?

A resposta correta é a letra B) 40. Vamos entender por quê!

Primeiramente, é importante lembrar que a temperatura de equilíbrio é alcançada quando o calor é trocado entre os corpos. No caso em questão, temos 100 g de água a 40°C e 60 g de água a 80°C. A temperatura de equilíbrio é de 52°C.

O calor específico da água é de 1 cal/g°C. Isso significa que, para aumentar a temperatura de 1 g de água em 1°C, é necessário fornecer 1 cal de calor.

Vamos analisar a situação: a amostra de 100 g de água a 40°C precisará absorver calor para alcançar a temperatura de equilíbrio de 52°C. Já a amostra de 60 g de água a 80°C precisará liberar calor para alcançar a mesma temperatura de equilíbrio.

Para calcular a capacidade térmica do calorímetro, precisamos calcular a quantidade de calor trocada entre as amostras de água. A amostra de 100 g de água precisará absorver uma quantidade de calor igual a:

Q₁ = m₁ × c × ΔT = 100 g × 1 cal/g°C × (52°C - 40°C) = 1200 cal

Já a amostra de 60 g de água precisará liberar uma quantidade de calor igual a:

Q₂ = m₂ × c × ΔT = 60 g × 1 cal/g°C × (80°C - 52°C) = 1680 cal

Como o sistema atinge o equilíbrio térmico, a quantidade de calor absorvido pela amostra de 100 g de água é igual à quantidade de calor liberado pela amostra de 60 g de água. Portanto, o calorímetro absorveu 1200 cal e liberou 1680 cal.

A capacidade térmica do calorímetro é a razão entre a quantidade de calor trocada e a variação de temperatura. No caso em questão, temos:

C = Q / ΔT = (1200 cal + 1680 cal) / (52°C - 40°C) = 40 cal/°C

Portanto, a resposta correta é a letra B) 40.