Física — Termodinâmica Dissertativa

Um corpo a 100°C é posto numa sala onde a temperatura ambiente se mantém constante. Após 10 minutos a temperatura do corpo é 90°C e após 20 minutos 82°C. Determine a temperatura da sala.

Um corpo a 100°C é posto numa sala onde a temperatura ambiente se mantém constante. Após 10 minutos a temperatura do corpo é 90°C e após 20 minutos 82°C. Determine a temperatura da sala.

Resolução completa

Explicação passo a passo

Resumo da resposta

Introdução

O problema envolve a Lei de Resfriamento de Newton, que descreve como um corpo perde calor para o ambiente.

Desenvolvimento

A temperatura do corpo em função do tempo é dada por:

  • **T(t) = T_s + (T_0 - T_s) * e^(-kt)**

Onde:

  • T_s = temperatura da sala (constante)
  • T_0 = temperatura inicial (100°C)
  • k = constante de proporcionalidade

Análise

  • Dados fornecidos:
  • T(10) = 90°C
  • T(20) = 82°C
  • Montando as equações:
  1. 90 = T_s + (100 - T_s) * e^(-10k)
  2. 82 = T_s + (100 - T_s) * e^(-20k)
  • Eliminando k:
  • Da eq.1: e^(-10k) = (90 - T_s)/(100 - T_s)
  • Substituindo na eq.2: 82 = T_s + (100 - T_s) * [(90 - T_s)/(100 - T_s)]^2
  • Simplificando: 82 = T_s + (90 - T_s)^2/(100 - T_s)
  • Resolvendo para T_s:
  • Multiplicando por (100 - T_s): 82(100 - T_s) = T_s(100 - T_s) + (90 - T_s)^2
  • Expandindo e simplificando: 8200 - 82T_s = 8100 - 80T_s
  • Isolando T_s: 100 = 2T_s → T_s = 50°C

Conclusão

A temperatura da sala é 50°C.

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