A M EDIDA DO C ALOR - C ALORIMETRIA Livro texto: RAMALHO JR. F. e outros. Os Fundamentos da Física....
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A MEDIDA DO CALOR - CALORIMETRIALivro texto:
RAMALHO JR. F. e outros. Os Fundamentos da Física. v.2. 10ª ed. São Paulo: Ed. Moderna, 2009.
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Profa. Vera Rubbioli – [email protected]
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CALOR – ENERGIA TÉRMICA EM TRANSITO
Calor é a energia térmica em trânsito de um corpo para outro ou de uma parte de um corpo para outra parte desse corpo, trânsito este provocado por uma diferença de temperaturas.
1 cal = 4,1868 J1 kcal = 1.000 cal
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CALOR SENSÍVEL E CALOR LATENTE
O calor pode ser classificado de acordo com os efeitos produzidos: Calor Sensível: Quando produz variação da
temperatura; Calor Latente: Quando produz mudança de fase;
Em uma substância pura e cristalina, enquanto ocorre a mudança de fase, não há variação da temperatura.
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QUANTIDADE DE CALOR SENSÍVEL. EQUAÇÃO FUNDAMENTAL DA CALORIMETRIA
Capacidade Térmica de um corpo
É definida como a razão entre o calor sensível QS fornecida ao corpo e a variação de temperatura obtida Dq.
unidade prática: cal/oC
SQ
C
(SI) KJ
)(unid)Q(unid
)C(unid S
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CALOR ESPECÍFICO DE UMA SUBSTÂNCIA
Calor específico de uma substância O calor específico de uma substância mostra o
valor do calor a ser recebido ou doado por uma unidade de massa da mesma a fim de ser obter a variação de uma unidade de temperatura.
Unidade usual: cal/goC
mC
c
(SI) )K.kg/(J)c(unidkg
K/J)c(unid
)m(unid)C(unid
)c(unid
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TABELA DE VALORES DE CALORES ESPECÍFICOS
Calor Específico
Substância cal/g.oC J/kg.K
Sólidos
Elementares
Chumbo 0,0305 128
Tungstênio 0,0321 134
Prata 0,0564 236
Cobre 0,0923 386
Alumínio 0,2150 900
Outros
Sólidos
Bronze (*) 0,092 380
Granito 0,190 790
Vidro 0,200 840
Gelo (-10oC) 0,530 2220
Calor Específico
Substância cal/g.oC J/kg.K
Líquidos
Mercúrio 0,033 140
Álcool etílico 0,580 2430
Água do mar 0,930 3900
Água 1,000 4190
Fonte:HALLIDAY, David et al. Fundamentos da Física – Gravitação, Ondas e Termodinâmica – Vol. 2. 7ª ed. Rio de Janeiro: LTC Editora, 2005.
(*) Liga cuja base são o cobre e o estanho, podendo conter outros elementos: zinco, alumínio, antimônio, níquel, fósforo e chumbo.
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ENTENDENDO AS BRISAS MARINHAS
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EQUAÇÃO FUNDAMENTAL DA CALORIMETRIA
Quantidade de calor sensível
Convenção de sinais:
QS>0 calor recebido aumento de temperatura
QS<0 calor cedido diminuição de temperatura
.c.mQ.m
Qc
m
Q
cmC
c SS
S
)()()()(
)()()()(
cmQS
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DIAGRAMA q x QS
A temperatura qf é uma função da quantidade de calor sensível QS trocada.
Logo, o diagrama q x QS é uma reta inclinada.
ifSifSS .c.m.c.mQ).(c.mQ.c.mQ
b
i
x
S
ay
fiS
fiS
f Q.)c.m
1(
c.mQ
c.m.c.mQ
bx.ay
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EXEMPLO
(Unesp/1994) Massas iguais de cinco líquidos distintos, cujos calores específicos estão dados na tabela adiante, encontram-se armazenadas, separadamente e à mesma temperatura, dentro de cinco recipientes com boa isolação e capacidade térmica desprezível. Se cada líquido receber a mesma quantidade de calor,
a) a água. d) o leite.
b) o petróleo. e) o mercúrio.
c) a glicerina.
Líquido Calor Específico (J/goC)
Água 4,19
Petróleo 2,09
Glicerina 2,43
Leite 3,93
Mercúrio 0,14
Resposta: E
suficiente apenas para aquecê-lo, mas sem alcançar seu ponto de ebulição, aquele que apresentará temperatura mais alta, após o aquecimento, será:
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EXEMPLO
(PUC-SP/2008) Leia a tirinha seguir:
O fato de Calvin e Haroldo sentirem as sensações de calor e de frio sugere que a situação se passa:
a) de manhã e o calor específico da areia é maior do que o da água.
b) à tarde e o calor específico da areia é maior do que o da água.
c) de manhã e o calor específico da areia é menor do que o da água.
d) à tarde e o calor específico da areia é menor do que o da água.
e) ao meio-dia e o calor específico da areia é igual ao da água.
Figura
Resposta: C
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EXERCÍCIO RESOLVIDO R.20 – PÁG. 69
Um corpo de massa 200 g é constituído por uma substância de calor específico 0,4 cal/goC. Determine:
a) a quantidade de calor que o corpo deve receber para que sua temperatura varie de 5 oC para 35 oC;
b) que quantidade de calor deve ceder para que sua temperatura diminua de 15 oC;
c) a capacidade térmica do corpo.
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EXERCÍCIO RESOLVIDO R.22 – PÁG. 69
Um corpo de massa 200g é aquecido por uma fonte de potência constante e igual a 200 calorias por minuto. O gráfico mostra como varia, no tempo, a temperatura do corpo. Determine a capacidade
térmica do corpo e o calor específico que o constitui.
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REVISÃO: POTÊNCIA
Define-se como potência média de uma força a razão entre o trabalho realizado pela força e o intervalo de tempo utilizado para realizar o trabalho.
Unidades: J/s = W = watt (SI) Outras unidades: cal/s, kcal/s, cal/min Cuidado: kW.h é unidade de energia (3.600.000 J)
tP F
m
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FLUXO DE CALOR
Define-se como fluxo de calor a razão entre o calor trocado e o intervalo de tempo utilizado na troca.
Unidades: J/s = W = watt (SI) Outras unidades: cal/s, kcal/s, cal/min
tQ
m
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ORIENTAÇÃO PARA ESTUDO
Ler as seções 4.1 e 4.2 – pág. 64 a 68 Resolver os Exercícios Resolvidos:
R. 21 e R.22 da pág. 69; Resolver os Exercícios Propostos:
P.53 e P.55 da pág. 70 Resolver o Teste Proposto:
T.78 da pág. 77
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CALORÍMETRO
Calorímetro: Equipamento termicamente isolado do meio externo em que são colocados os corpos que trocam calor.
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PRINCÍPIO DAS TROCAS DE CALOR
Se dois ou mais corpos, isolados no meio externo, trocam calor entre si, a soma algébrica das quantidades de calor trocadas pelos corpos, até o estabelecimento do equilíbrio térmico, é nula.
0Q Q BA 0Q
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MÉTODO PARA RESOLUÇÃO DE EXERCÍCIOS
1º Passo: Determinar quantos calores estão envolvidos no processo. Sugestão: Utilizar um diagrama Q x q ou uma tabela;
2º Passo: Utilizar o Princípio das Trocas de Calor:
Q = 0
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EXERCÍCIO PROPOSTO P. 56 – PÁG. 74
Colocam-se 500 g de ferro a 42 oC num recipiente de capacidade térmica desprezível contendo 500 g de água a 20 oC. Determine a temperatura final de equilíbrio térmico. O calor específico do ferro é 0,1 cal/goC.
1º Passo: 2º Passo:
0Q
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EXERCÍCIO PROPOSTO P.58 – PÁG. 74
Num calorímetro cuja capacidade térmica é 5,0 cal/oC, inicialmente a 10 oC, são colocados 300 g de um líquido de calor específico 0,20 cal/goC na temperatura de 41 oC.
a) A que temperatura se estabelece o equilíbrio térmico?
b) A seguir, coloca-se no calorímetro um bloco metálico de massa 500 g a 200 oC e o novo equilíbrio térmico se estabelece a 60 oC. Qual é o calor específico do metal de que é feito o bloco?
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EQUIVALENTE EM ÁGUA DE UM CALORÍMETRO
O equivalente em água de um calorímetro é a massa de água que apresenta a mesma capacidade térmica do calorímetro.
Por exemplo, a redação do exercício anterior diz:“Num calorímetro cuja capacidade térmica é 5,0 cal/oC, ...”
Uma vez que o calor específico da água é 1,0 cal/goC, esse trecho poderia ser substituído por:
“Num calorímetro cujo equivalente em água é 5,0 g, ...”
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EXEMPLO
(PUC-MG) O equivalente em água de um corpo é definido como a quantidade de água que, recebendo ou cedendo a mesma quantidade de calor, apresenta a mesma variação de temperatura. Desse modo, o equivalente em água, de 1000 g de ferro (c = 0,12 cal/g°C) é igual a 120 g de água (c = 1,0 cal/g°C). Visto isso, é correto dizer que o equivalente em alumínio (c = 0,20 cal /g°C) de 1000 g de ferro vale, em gramas:
a) 200
b) 400
c) 600
d) 800
e) 1000Resposta: C
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ORIENTAÇÃO PARA ESTUDO
Ler a seção 4.3 – pág. 71 e 72; Resolver os Exercícios Resolvidos:
do R. 23 e R.25 das pág. 72 e 73; Resolver os Exercícios Propostos:
P.57 e do P.59 ao P.61 da pág. 74; Resolver o Exercício Proposto de Recapitulação:
P.69 da pág. 75; Resolver o Teste Proposto:
T.82 da pág. 78;
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ANEXO1. Figura do Exercício de Calor Específico
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TIRINHA DO EXEMPLO ANTERIOR volta