Considere três cubos maciços de de aresta, constituídos, respectivamente, de e puros. Os três cubos são aquecidos até e cada cubo é introduzido em um béquer contendo de água a . Com base nas informações constantes da tabela abaixo, assinale a opção que apresenta a relação CORRETA entre as temperaturas dos cubos, quando o conteúdo de cada béquer atingir o equilíbrio térmico.
Substância | Massa específica () | Calor específico () |
---|---|---|
1,00 | 4,18 | |
4,54 | 0,52 | |
7,18 | 0,45 | |
8,90 | 0,44 |
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A partir do princípio fundamental da calorimetria, sabe-se que para a situação descrita:\begin{matrix}
Q_{\ce{H2O}} + Q_{\ce{x}} = 0 &,& \text{x $:=$ substância}
\end{matrix}Nesse sentido, têm-se:\begin{matrix}
m_{\ce{H2O}} \cdot c_{\ce{H2O}} \cdot (T_{\ce{E}} - 10) + m_{\ce{x}} \cdot c_{\ce{x}} \cdot (T_{\ce{E}} - 80) = 0
\end{matrix}$\color{orangered}{\text{Obs:}}$ $T_{\ce{E}} := \text{temperatura de equilíbrio da substância}$\begin{matrix}
T_{\ce{E}} = \dfrac{(10 \cdot m_{\ce{H2O}} \cdot c_{\ce{H2O}}) + (80 \cdot m_{\ce{x}} \cdot c_{\ce{x}}) }{m_{\ce{H2O}} \cdot c_{\ce{H2O}} + m_{\ce{x}} \cdot c_{\ce{x}}}
\end{matrix}Com um artifício algébrico, pode-se escrever:\begin{matrix}
T_{\ce{E}} = 80 - \dfrac{70 \cdot m_{\ce{H2O}} \cdot c_{\ce{H2O}} }{m_{\ce{H2O}} \cdot c_{\ce{H2O}} + m_{\ce{x}} \cdot c_{\ce{x}}}
\end{matrix}Conforme enunciado, todas as três substâncias estão em forma de cubos com mesmas arestas, ou seja, todos apresentam o mesmo volume. Com isso, vamos assumir que esse volume seja $V$, tal que $m_{\ce{x}} = V \cdot d_{\ce{x}}$, assim:\begin{matrix}
T_{\ce{E}} = 80 - \dfrac{70 \cdot m_{\ce{H2O}} \cdot c_{\ce{H2O}} }{m_{\ce{H2O}} \cdot c_{\ce{H2O}} + V \cdot d_{\ce{x}} \cdot c_{\ce{x}}}
\end{matrix}Desse modo, a questão está praticamente resolvida, pois, resta-nos apenas avaliar os produtos $ d_{\ce{x}} \cdot c_{\ce{x}}$, visto que quanto maior, maior também a temperatura de equilíbrio da substância. Portanto, concluí-se que:\begin{matrix}
T_{\ce{Ni}} > T_{\ce{Cr}} > T_{\ce{Ti}} &\because&
d_{\ce{Ni}} \cdot c_{\ce{Ni}} > d_{\ce{Cr}} \cdot c_{\ce{Cr}} > d_{\ce{Ti}} \cdot c_{\ce{Ti}}
\end{matrix}\begin{matrix}Letra \ (C)
\end{matrix}