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Um experimento para medir o calor específico da água utiliza o seguinte material:
Um copo de alumínio recoberto externamente por isopor, uma resistência elétrica (para fornecer o calor), uma fonte de corrente com leitura de tensão e corrente, um termômetro e um cronômetro digital.
Numa primeira experiência, utilizando 50 gramas de água, o técnico do laboratório encontrou, para o calor específico da água 4,30 J/(g ⁰C).
Num segundo experimento, desta vez utilizando 100 gramas de água, encontrou 4,24 J/(g ⁰C).
A hipótese feita pelo técnico é de que o copo de alumínio não é ideal, pois tem uma capacidade térmica que não é desprezível.
Escolha a opção que melhor estima a capacidade térmica do copo de alumínio utilizado nos experimentos, sabendo que o calor específico da água é 4,18 J/(g ⁰C). Despreze a possibilidade de trocas de calor com o ambiente:
- A) 6 J/⁰C
- B) 0,06 J/⁰C
- C) 0,12 J/⁰C
- D) 0,15 J/⁰C
- E) 12 J/⁰C
Resposta:
A resposta correta é a letra A) 6 J/°C.
Para encontrar a capacidade térmica do copo de alumínio, precisamos analisar as experiências realizadas pelo técnico do laboratório.
Na primeira experiência, o técnico utilizou 50 g de água e encontrou um calor específico de 4,30 J/(g °C). Já na segunda experiência, utilizou 100 g de água e encontrou um calor específico de 4,24 J/(g °C).
É importante notar que o calor específico da água é de 4,18 J/(g °C). Portanto, as experiências realizadas pelo técnico apresentam pequenas variações em relação ao valor real.
A hipótese feita pelo técnico é de que o copo de alumínio não é ideal, pois tem uma capacidade térmica que não é desprezível.
Para calcular a capacidade térmica do copo de alumínio, podemos utilizar as equações de calor específico.
Seja m a massa de água utilizada, c o calor específico da água, ΔT a variação de temperatura e Q o calor fornecido. Então, podemos escrever:
Como o calor específico da água é de 4,18 J/(g °C), podemos reescrever a equação anterior como:
Agora, podemos analisar as experiências realizadas pelo técnico.
Na primeira experiência, o técnico utilizou 50 g de água e encontrou um calor específico de 4,30 J/(g °C). Portanto, podemos calcular o calor fornecido:
Já na segunda experiência, o técnico utilizou 100 g de água e encontrou um calor específico de 4,24 J/(g °C). Portanto, podemos calcular o calor fornecido:
Como as experiências foram realizadas com o mesmo material (copo de alumínio) e as mesmas condições, podemos igualar as equações:
Agora, podemos isolar a variação de temperatura:
Finalmente, podemos calcular a capacidade térmica do copo de alumínio:
Portanto, a resposta correta é a letra A) 6 J/°C.
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