monta o experimento de Joule no alto de um prédio para tentar reproduzir seus resultados. Ele conecta um calorímetro adiabaticamente isolado à um sistema de polias, corda e um peso, de massa Mp, capaz de cair em queda livre pela lateral de um prédio. O calorímetro é preenchido com uma massa mH20 de água e possui um eixo ligado às polias e a paletas, que podem girar. O cientista então deixa o peso cair de uma altura h e mede a mudança de temperatura na água. Imagine agora que o calorímetro é preenchido com um bloco de gelo de massa mgeloe água, e novamente o cientista deixa o peso cair da altura h.
Calcule a expressão para a relação entre as variações de temperatura ΔT1 do primeiro experimento e ΔT2 do segundo experimento em termos de Mp, Lf, mH2O e cH2O
Considerando que a aceleração da gravidade é de g = 9.8 m / s^2, a altura é h = 50 m, o calor específico da água é de cH2O= 4186 J / kg K, o calor latente de fusão do gelo é de Lf = 333.5 kJ / kg, a massa do peso é de Mp = 10 kg, a massa de água é de mH2O = 1 kg e a massa do gelo é de mgelo= 0.01 kg, calcule os valores de ΔT1 e ΔT2.
Bom dia Krystem!
No primeiro caso, a energia potencial gravitacional do peso vai se transformar em energia térmica para aquecer a água, assim:
Mp.g.h = MH2O.cH2O .ΔT1 ==> ΔT1 = Mpgh/mH2O.cH2O.
No segundo caso, com a mistura do bloco de gelo, o equilíbrio térmico ficará em 0oC (só existe água e gelo em equílbrio a 0oC.
Assim, a energia potencial do peso será usada para derreter o gelo e aquecer a água ( a água será a mistura da água já contida, mas a água proveniente do derretimento do gelo M = 1,0 + 0,01 = 1,01):
Mp.g.h = Mgelo. Lf + M.cH2O .ΔT2 ==> M.cH2O.ΔT2 = Mp.g.h - Mgelo.Lf ==>
ΔT2 =( Mp.g.h - Mgelo.Lf)/M.cH2O.
Como os dados, temos:
ΔT1 = (10 x 9,8 x 50)/1 x 4186 ==> ΔT1 = 4900/4186 ==> ΔT1 = 1,17oC
ΔT2 = (4900 - 0,01 x 333,5)/(1,01 x 4186) ==>ΔT2 = 4896,67/4227,86 ==> ΔT2 = 1,15 o C
Espero ter ajudado!
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