Calculadora de equilíbrio térmico

O que é equilíbrio térmico?

Quando dois materiais com temperaturas diferentes são colocados juntos, o calor flui do mais quente para o mais frio. O fluxo continua até que as duas temperaturas sejam iguais. Essa temperatura comum é a temperatura de equilíbrio. Se o sistema for isolado, o calor cedido pelo material quente é igual ao recebido pelo frio:

m₁ × c₁ × (T − T₁) = m₂ × c₂ × (T₂ − T)

Resolvendo para a temperatura final:

T = (m₁ × c₁ × T₁ + m₂ × c₂ × T₂) / (m₁ × c₁ + m₂ × c₂)

A temperatura de equilíbrio é uma média ponderada pela capacidade térmica (m × c) e sempre fica entre as duas temperaturas iniciais.

Exemplo: mistura de água

Misturam 2 kg de água a 20 °C com 1 kg a 80 °C. Os materiais são iguais, portanto os calores específicos se cancelam: T = (2 × 20 + 1 × 80) / 3 = 40 °C. O calor trocado é 2 × 4186 × 20 = 167.440 J.

Exemplo: metal quente na água

Colocam 200 g de alumínio a 100 °C em 500 g de água a 20 °C. T = (0,5 × 4186 × 20 + 0,2 × 900 × 100) / (2093 + 180) = 26,3 °C. O metal esfria 74 graus, enquanto a água aquece apenas 6, porque a capacidade térmica da água é muito maior.

Determinação do calor específico por calorimetria

É assim que o calor específico de um material desconhecido é medido: aqueça a amostra, coloque na água com massa e temperatura conhecidas e leia a temperatura de equilíbrio. A segunda aba da calculadora faz esse cálculo.

Limites

O cálculo considera um sistema isolado e materiais sem mudança de fase. Se o gelo derreter ou a água evaporar, os calores de fusão e vaporização precisam ser incluídos separadamente. O calor absorvido pelo recipiente e o calor perdido para o ambiente são desprezados.

Perguntas frequentes

Como calcular a temperatura de equilíbrio térmico?

Misturar, por exemplo, 2 kg a 20 °C com 1 kg a 80 °C, com calores específicos iguais, fornece temperatura de equilíbrio de 40 °C. A média ponderada pela capacidade térmica considera um sistema isolado sem mudanças de fase e exclui o calor absorvido pelo recipiente ou perdido para o ambiente.

Calcular com estes valores