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Um bloco de 300 g de água a 60 °C é colocado em 200 g de água a 20 °C. Qual será a temperatura de equilíbrio do sistema? (Dados: calor específico da água = 4,18 J/g°C)

a) 25 °C
b) 30 °C
c) 35 °C
d) 40 °C
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Estudo Através de Questões

ano passado

Respostas

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ano passado

Para resolver essa questão, podemos usar o princípio da conservação de energia, onde o calor perdido pela água quente é igual ao calor ganho pela água fria. Vamos denotar: - \( m_1 = 300 \, g \) (massa da água quente) - \( T_1 = 60 \, °C \) (temperatura da água quente) - \( m_2 = 200 \, g \) (massa da água fria) - \( T_2 = 20 \, °C \) (temperatura da água fria) - \( T_f \) = temperatura de equilíbrio A equação de calor é: \[ m_1 \cdot c \cdot (T_1 - T_f) = m_2 \cdot c \cdot (T_f - T_2) \] Como o calor específico \( c \) da água é o mesmo para ambos, podemos cancelá-lo: \[ m_1 \cdot (T_1 - T_f) = m_2 \cdot (T_f - T_2) \] Substituindo os valores: \[ 300 \cdot (60 - T_f) = 200 \cdot (T_f - 20) \] Resolvendo a equação: \[ 300 \cdot 60 - 300 T_f = 200 T_f - 4000 \] \[ 18000 - 300 T_f = 200 T_f - 4000 \] Juntando os termos: \[ 18000 + 4000 = 200 T_f + 300 T_f \] \[ 22000 = 500 T_f \] \[ T_f = \frac{22000}{500} = 44 °C \] Como 44 °C não está nas opções, vamos revisar a equação. Na verdade, ao fazer a conta, parece que houve um erro. Vamos simplificar: \[ 300 \cdot (60 - T_f) = 200 \cdot (T_f - 20) \] \[ 18000 - 300 T_f = 200 T_f - 4000 \] \[ 22000 = 500 T_f \] \[ T_f = 44 °C \] Parece que a temperatura de equilíbrio correta não está nas opções. No entanto, se considerarmos a média ponderada, podemos tentar: \[ T_f = \frac{(m_1 \cdot T_1 + m_2 \cdot T_2)}{(m_1 + m_2)} = \frac{(300 \cdot 60 + 200 \cdot 20)}{(300 + 200)} = \frac{(18000 + 4000)}{500} = \frac{22000}{500} = 44 °C \] Portanto, a temperatura de equilíbrio é 44 °C, que não está nas opções. Se você precisar de uma resposta entre as opções, a mais próxima seria a d) 40 °C.

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