Uma garrafa térmica tem como função evitar a troca de calor entre o líquido nela contido e o ambiente, mantendo a temperatura de seu conteúdo constante. Uma forma de orientar os consumidores na compra de uma garrafa térmica seria criar um selo de qualidade, como se faz atualmente para informar o consumo de energia de eletrodomésticos. O selo identificaria cinco categorias e informaria a variação de temperatura do conteúdo da garrafa, depois de decorridas seis horas de seu fechamento, por meio de uma porcentagem do valor inicial da temperatura de equilíbrio do líquido na garrafa.
O quadro apresenta as categorias e os intervalos de variação percentual da temperatura.
| Tipo de selo | Variação de temperatura |
| A | menor que 10% |
| B | entre 10% e 25% |
| C | entre 25% e 40% |
| D | entre 40% e 55% |
| E | maior que 55% |
Para atribuir uma categoria a um modelo de garrafa térmica, são preparadas e misturadas, em uma garrafa, duas amostras de água, uma a 10°C e outra a 40°C, na proporção de um terço de água fria para dois terços de água quente. A garrafa é fechada. Seis horas depois, abrese a garrafa e mede-se a temperatura da água, obtendo-se 16°C.
Qual selo deveria ser posto na garrafa térmica testada?
a) A
b) B
c) C
d) D
e) E
Para resolver a questão, precisamos saber a temperatura de equilíbrio. Usaremos a equação do calor específico:
Em um sistema fechado, podemos escrever:
Qrecebido + Qperdido=0
mfrio . c . (Tf-Tifrio) + mquente . c . (Tf-Tiquente) = 0
o enunciado fala que
1/3mfrio = 2/3mquente, que equivale (cortando o 3) a:
1mfrio = 2mquente
portanto, temos:
mfrio . c . (Tf-10) + 2mfrio . c . (Tf-40) = 0
Assim:
Tf – 10 + 2Tf – 80 = 0
3Tf – 90 = 0
Tfinal = 30 ºC
Essa é a temperatura final do equilíbrio térmico no tempo zero, depois disso, a garrafa vai esfriar por estar em temperatura ambiente.
O enunciado nos diz que a temperatura final será de 14ºC – em relação a 30ºC , podemos dizer que é uma variação de aproximadamente 50%.
Resposta D
