Duda - Calor sensível

Para determinar o coeficiente de dilatação térmica linear de algumas substâncias, foi realizado um experimento utilizando três barras cilíndricas constituídas de três materiais diferentes: alumínio, latão e cimento. Essas barras apresentavam mesmo comprimento inicial L₀= 250 mm, a temperatura ambiente (T_amb). Com os dados adquiridos nesse experimento, foi construído o gráfico que representa a dilatação térmica linear sofrida por cada barra (∆L = L_final - L_inicial), em função da diferença de temperatura em relação à temperatura ambiente no local do experimento (∆T = T - T_amb).

Dados experimentais da variação de comprimento em função
da diferença de temperatura com relação à temperatura ambiente

(Revista Brasileira de Ensino de Física, vol. 36, n^o1, 2014. Adaptado.)

a) Calcule, em milímetros, o comprimento final da barra de latão quando ela for aquecida de 50 ºC acima da temperatura ambiente no local desse experimento. Em seguida, obtenha, em ºC^–1, o coeficiente de dilatação linear do cimento.

b) Sabendo que a massa da barra de alumínio utilizada nesse experimento é igual a 20 g e considerando que o calor específico do alumínio seja 0,2 cal/(g ⋅ ºC), calcule, em calorias, a quantidade de calor que essa barra deve absorver para que, a partir de seu comprimento inicial L₀= 250 mm, ela passe a medir 250,2 mm, após sua dilatação térmica.

Em uma manhã de domingo, para manter as tradições familiares, um senhor decide preparar um chimarrão. Para isso, coloca 1,5 kg de água em uma chaleira de alumínio de massa igual a 500 g para aquecer. Inicialmente, tanto a água quanto a chaleira encontram-se em equilíbrio térmico a uma temperatura de 20 °C.

Sabendo que os calores específicos do alumínio e da água são, respectivamente, 0,21 cal/g°C e 1,0 cal/g°C, e desconsiderando perdas de energia para o ambiente, assinale a alternativa correta que apresenta a quantidade de calorias necessárias para elevar a temperatura do sistema até 80 °C.

Paloma e Bruno decidiram investigar a geração de eletricidade a partir de diferenças de temperatura, utilizando um gerador termoelétrico baseado em uma placa Peltier, operando em efeito Seebeck. A placa Peltier é um dispositivo semicondutor que, quando submetido a uma diferença de potencial entre seus polos, transfere calor de um lado para outro, mas também pode produzir energia elétrica quando seus lados são mantidos em temperaturas diferentes. Para o experimento, cada lado da placa foi colocado em contato térmico com um reservatório que contém 0,5 L de água, inicialmente a temperaturas T_Q,i = 80 °C (reservatório quente) e T_F,i = 15 °C (reservatório frio). Os reservatórios estavam isolados do restante do ambiente e trocavam calor apenas com o seu respectivo lado da placa. Após 10 minutos, as temperaturas medidas foram T_Q,f = 74 °C e T_F,f =18 °C, respectivamente.

Desprezando quaisquer perdas e considerando que a diferença entre o calor cedido pelo reservatório quente e o calor absorvido pelo frio tenha sido totalmente convertida em energia elétrica, determine a potência elétrica média dissipada em uma lâmpada ligada ao gerador. (Considere os dados: calor específico da água c = 4,0 J/g ºC; densidade da água ρ = 1,0 g/cm³)