Quando dois líquidos entraram em contato ocorreu a transferência de calor de um para o outro até os dois atingirem uma mesma temperatura chamado equilíbrio térmico?

Questão 1

Em uma xícara contendo 150 ml de chá a 70 ºC, adiciona-se 50 ml de água a 10 ºC. Considerando que a xícara tenha capacidade térmica desprezível e que não ocorrem trocas de calor entre o líquido e o ar, determine a temperatura de equilíbrio do sistema.

Dados:

calor específico da água e do chá: c = 1,0 cal/gºC

densidade da água e do chá: d = 1g/ml

a) 45 ºC

b) 55 ºC

c) 75 ºC

d) 60 ºC

e) 25 ºC

Questão 2

Em relação ao fenômeno do equilíbrio térmico, assinale a alternativa incorreta:

a) O calor flui dos corpos mais quentes em direção aos corpos de menor temperatura.

b) O equilíbrio térmico é atingido quando dois ou mais corpos encontram-se a mesma temperatura.

c) O calor flui espontaneamente entre corpos com diferentes temperaturas.

d) O equilíbrio térmico é atingido quando dois ou mais corpos recebem a mesma quantidade de calor.

e) Chamamos de equilíbrio térmico a situação em que um corpo não realiza mais trocas de calor, uma vez que sua temperatura é exatamente igual à de suas vizinhanças.

Questão 4

Qual é a massa de gelo necessária para resfriar uma porção de meio litro de água (500 g) a 50 ºC até a temperatura de 20 ºC?

Dados:

calor específico da água: c = 1,0 cal/gºC

calor específico do gelo: c = 0,5 cal/gºC

calor latente de fusão do gelo: L = 80 cal/g

a) 175,0 g

b) 325,0 g

c) 400,0 g

d) 216,5 g

e) 166,6 g

Respostas

Resposta Questão 1

Letra B

Resolução:

Para resolvermos esse exercício, é necessário entendermos que toda a quantidade de calor que é transferida pelo chá quente é absorvida pela água gelada. Também precisamos lembrar-nos da fórmula de calor sensível (Q = mcΔT), confira o cálculo a ser realizado:

Após somarmos as duas quantidades de calor cedido e recebido, igualando-as a zero, atribuímos os valores de massa, calor específico e temperatura inicial tanto para a porção de água quanto para o chá. As massas de água e de chá foram determinadas com base na informação fornecida pelo enunciado, que afirma que a densidade de água é de 1 g por ml. Após fazermos o cálculo corretamente, encontramos uma temperatura de equilíbrio de 55 ºC, desse modo, a alternativa correta é a letra B.

Resposta Questão 2

Letra D

Resolução:

A alternativa que contém uma afirmação incorreta é a de letra D. De acordo com ela, o equilíbrio térmico é atingido quando dois ou mais corpos recebem a mesma quantidade de calor, no entanto, essa não é a definição de equilíbrio térmico. Dois corpos de diferentes massas, por exemplo, devem receber diferentes quantidades de calor, a fim de terem sua temperatura variada na mesma magnitude.

Resposta Questão 3

Letra C

Resolução:

Para resolver o exercício, é necessário compreender que a água transfere calor para o gelo, que o absorve, derretendo consequentemente. Desse modo, o calor cedido pela água, que é calor sensível, é absorvido pelo gelo em forma de calor latente. Vamos aos cálculos:

Usando os dados do exercício e as fórmulas de calor sensível e latente, foi possível determinar que a temperatura de equilíbrio do sistema água e gelo foi de 21 ºC ao fim do processo de derretimento (fusão) do gelo.

Resposta Questão 4

Letra E

Resolução

Para resolvermos esse exercício, somamos a quantidade de calor latente absorvida pelo gelo (Q = mL) com a quantidade de calor sensível que o gelo derretido precisou receber para atingir a temperatura de 20 ºC (Q = mcΔT), indicando que essa quantidade é igual à de calor que foi cedido pela porção de 500 g de água, inicialmente a 50 ºC. Substituindo os dados do exercício e fazendo o cálculo seguinte, encontramos que a massa de gelo necessária para resfriar a água até 20 ºC é de 166,66 g. Confira:

Equilíbrio térmico é a tendência que os corpos têm de trocar energia térmica entre si até que suas temperaturas se igualem. Dessa maneira, os corpos de maior temperatura transferem calor para os de menor temperatura, até que se atinja a condição de equilíbrio térmico.

Veja também: Como converter temperaturas e variações de temperatura

Equilíbrio térmico – definição

De acordo com a lei zero da termodinâmica, corpos de diferentes temperaturas e em contato térmico tendem a entrar em equilíbrio térmico. Isso implica que se dois corpos, A e B, estão em equilíbrio térmico com um corpo C, então os corpos A e B também estão em equilíbrio térmico entre si. Além disso, pelas leis da termodinâmica, sabemos que o calor sempre deve fluir dos corpos de temperatura mais elevada em sentido aos de menor temperatura.

Fórmula do equilíbrio térmico

O equilíbrio térmico é expresso por meio de uma fórmula que leva em conta a conservação da energia, isto é, toda a quantidade de calor que um corpo emite é absorvida por suas vizinhanças, se considerarmos que todos os corpos que interagem entre si estejam contidos dentro de um sistema fechado. Portanto, a somatória de todo o calor emitido com o calor absorvido deve ser igual a 0, observe:

QR e QC – calor recebido e cedido

O calor é normalmente calculado nas formas de calor sensível e calor latente, relacionados, respectivamente, às quantidades de calor responsáveis por variar a temperatura dos corpos e causar-lhes mudanças no estado físico. O calor sensível pode ser calculado por meio da fórmula a seguir:

Q – calor (cal)
m – massa (g)
c – calor específico (cal/gºC)
ΔT – variação de temperatura (ºC)

Não pare agora... Tem mais depois da publicidade ;)

O calor sensível, responsável pelas mudanças de estado físico, pode ser calculado pela fórmula a seguir:

Q – calor latente (cal)
m – massa (g)
L – calor latente específico (cal/g)

Calor e equilíbrio térmico

O equilíbrio térmico é atingido de acordo com a transferência de energia térmica entre corpos de diferentes temperaturas, essa transferência, por sua vez, é chamada calor. O calor pode ser transferido entre corpos por meio de três processos distintos. São eles:

• Condução

• Convecção

• Radiação

O que esses processos de transferência têm em comum é que, para ocorrerem, os corpos precisam estar em temperaturas diferentes, no entanto, cada um deles apresenta características próprias, vamos conferi-las:

• Condução: é a transferência de calor que ocorre por meio das colisões entre átomos vizinhos. Esse tipo de transferência é mais comum em sólidos.

• Convecção: é o processo de transferência de calor que ocorre em meios fluidos (líquidos e gasosos). A convecção ocorre com a movimentação do fluido, em razão da variação de densidade que ocorre com o aumento da temperatura. É o único processo de transferência de calor em que há transporte de matéria.

• Radiação: é a transferência de calor por meio da emissão e absorção de ondas eletromagnéticas. Todos os corpos que estão acima da temperatura de 0 K (zero absoluto) emitem ondas eletromagnéticas.

Veja também: Condução térmica – definição, fórmulas, exemplos e exercícios

Exemplos de equilíbrio térmico

Existem diversas situações cotidianas que podem ser usadas para ilustrar o equilíbrio térmico, vamos conferir alguns exemplos:

• Quando permanecemos sentados por um longo tempo, é possível perceber que o lugar onde estávamos apoiados entra em equilíbrio térmico com nosso corpo.

• Quando a água está sendo fervida e atinge a temperatura de 100 ºC, as correntes de convecção cessam, já que, durante a ebulição, não há mais diferenças de temperatura na água.

Exercícios sobre equilíbrio térmico

Questão 1) Uma xícara contém 100 ml de água à temperatura de 70 ºC, então, despeja-se nessa xícara 20 ml de água a 20 ºC. A temperatura de equilíbrio térmico da água, desconsiderando as perdas de calor para as vizinhanças, é de, aproximadamente:

a) 57,5 ºC
b) 61,6 ºC
c) 45,2 ºC
d) 37,6 ºC
e) 27,8 ºC

Gabarito: Letra B

Resolução:

Levando em conta a conservação da energia, toda a quantidade de calor emitida pela água quente é absorvida pela água fria, logo, devemos fazer o seguinte cálculo:

Questão 2) Em um balde que contém 1 l de água (1000 g) a 25 ºC, são colocados 100 ml de gelo à temperatura de 0 ºC. A temperatura da água, depois de o gelo ter derretido completamente, desprezando-se as trocas de calor com as vizinhanças, será, aproximadamente, de:

a) 15,4 ºC
b) 20,6 ºC
c) 19,8 ºC
d) 25,4 ºC
e) 12,3 ºC

Gabarito: Letra A

Resolução:

Primeiramente é necessário considerar que o gelo precisa receber calor latente, para que, assim, sofra uma mudança de estado físico. Em seguida, essa porção de água, que está a 0 ºC, recebe calor do restante da água que está no balde a uma temperatura de 25 ºC. Confira o cálculo:

O que acontece quando dois corpos de temperaturas diferentes entram em contato?

O que acontece quando ocorre o equilíbrio térmico?

Quando dois corpos estão em equilíbrio térmico ambos possuem a?

O que é equilíbrio térmico exemplos?