UFU 2011-1 (Processo Seletivo Especial) — questão 14 de Física

Resolução comentada

O que a questão pede: o calor específico da amostra, a partir do equilíbrio térmico, para achá-la na tabela.

Passo 1 — o princípio. As paredes são adiabáticas: nada troca calor com o lado de fora. Então o calor que a amostra perde é todo ganho pela água e pela madeira do calorímetro (a madeira também aquece, e a tabela dá o calor específico dela: 0,42 cal/g·°C).

Passo 2 — o calor ganho. Água (3000 g) e calorímetro (5000 g) vão de 10 °C a 30 °C, uma variação de 20 °C:

$$Q_{\text{água}} = 3000 \cdot 1{,}00 \cdot 20 = 60\,000\ \text{cal}$$

$$Q_{\text{mad}} = 5000 \cdot 0{,}42 \cdot 20 = 42\,000\ \text{cal}$$

$$Q_{\text{ganho}} = 102\,000\ \text{cal}$$

Passo 3 — o calor perdido pela amostra. Ela (1250 g) esfria de 540 °C a 30 °C, uma variação de 510 °C:

$$1250 \cdot c \cdot 510 = 102\,000$$

$$c = \frac{102\,000}{637\,500} = 0{,}16\ \text{cal/g}{}^{\circ}\text{C}$$

Na tabela, 0,16 cal/g·°C é o vidro.

Conferindo: com $c = 0{,}16$, a amostra perde $1250 \cdot 0{,}16 \cdot 510 = 102\,000$ cal, exatamente o que água e madeira ganharam.

⚠️ A armadilha: esquecer o calorímetro de madeira e contar só a água. Aí $c = 60\,000/637\,500 \approx 0{,}094$ cal/g·°C, mais perto do ferro (0,11), a alternativa C. O calorímetro de 5 kg absorve quase tanto calor quanto a água.

A ideia em uma frase: em recipiente adiabático, o calor que o corpo quente perde é igual à soma do que todos os outros ganham, inclusive o próprio calorímetro.

Resposta: alternativa D (vidro, c = 0,16 cal/g·°C).