CENTRO DE ESTUDO SUPLETIVO Prof. PAULO MELO -

CESPPM MACAPÁ / AP

PESQUISA DE FISICA

MACAPÁ2015

DIRETOR(A) : MARILEIDE GUERREIRO

PROFESSORA: JACILÉIA

TURMA: 213 - Nº 21 -TURNO: 3º

ALUNO (AS): JOSINETE DIAS LOBATO

PESQUISA DE FISICA

CALORIMETRIA

MACAPÁ2015

Trabalho solicitado pela Professora JACILÉIA disciplina de FISICA para composição de nota do 3º Bimestre – 3º ano do Ensino Médio – Centro de Estudo Supletivo Prof. Paulo Melo.- CESPPM.

INTRODUÇÃO

A calorimetria estuda, essencialmente, o fenômeno de transferência de energia, na

forma de calor, de um corpo a outro, de todas as maneiras possíveis. Ocupa-se, ainda, do

efeito que essa transferência provoca no estado de um corpo: sua fusão, seu endurecimento,

sua evaporação e outros fenômenos decorrentes da perda ou aquisição de calor, também

identificado como energia térmica. Essa energia está associada à vibração, mais ou menos

intensa, das partículas que constituem o corpo, sejam moléculas, átomos ou elétrons. A

calorimetria é a base para o estudo da termodinâmica, que estuda as relações entre energia

térmica e energia mecânica, como também a transferência de calor, uma das operações mais

comuns na indústria química.

DESENVOLVIMENTO

Termodinamicamente falando, calor e trabalho não são funções de estado (ou seja,

não dependem apenas da diferença entre o estado inicial e o estado final do processo), mas

dependem do caminho, no espaço de estados, que descreve o sistema em uma evolução

quase-estática ou reversível (no sentido termodinâmico) de um estado inicial A até um estado

final B. Dessa forma é possível determinar a quantidade de energia que é transferida em um

processo. As mudanças da energia interna (U) que acontecem em todo o processo físico ou

químico relacionam-se a Q e a W pela primeira lei da Termodinâmica:U = Q + W

Todo corpo tem uma certa quantidade de energia interna que está relacionada ao

movimento aleatório de seus átomos ou moléculas e às forças interativas entre essas

partículas. A quantidade de energia transferida enquanto houver diferença de temperatura é a

quantidade Q de calor trocado, se o sistema se encontrar isolado de outras formas de

transferência de energia.

O calor de combustão é a variação de entalpia (quantidade de calor liberada) pela

queima de um mol de substância. A cada uma das reações elementares de combustão

completa está associada uma quantidade de calor liberada característica, denominada calor de

reação. Em geral costuma-se determinar, experimentalmente, a quantidade de calor liberada

por uma amostra, mediante a realização de ensaio em laboratório, sob condições

padronizadas.

Calorimetria: O estudo dos fenômenos de transferência de calor.

A calorimetria é a parte da física que estuda os fenômenos decorrentes

da transferência dessa forma de energia chamada calor.

Na natureza encontramos a energia em diversas formas. Uma delas, que é

muito importante, é o calor. Para entendê-lo, pense em uma xícara de café

quente sobre a sua mesa. Após algum tempo esse café estará frio, ou melhor,

com a mesma temperatura que o ambiente. Esse fenômeno não é uma

exclusividade da xícara de café quente, mas ocorre com todos os corpos que

estão em contato de alguma forma e com temperaturas diferentes. Por que isso

ocorre?

Calor é energia térmica em trânsito. Calor sensível é o que acarreta variação

de temperatura ao ser recebido ou perdido por um corpo. Calor latente é o

calor recebido ou perdido durante uma mudança de estado.

Quantidade de calor (Q) é a grandeza através da qual avaliamos a energia térmica em

trânsito trocada entre sistemas a diferentes temperaturas.

A Caloria é a unidade usual de quantidade de calor. A unidade oficial (SI) é joule. Relação:

1 cal = 4,186 j.

TemperaturaOs objetos na natureza, assim como nós, são feitos de pequenas

partículas que conhecemos como moléculas. Com elas ocorre algo invisível.

Elas estão em constante estado de agitação, no caso dos sólidos, ou de

movimentação, como ocorre em líquidos ou gases. Essa situação não é

constante, elas podem estar mais ou menos agitadas, dependendo do estado

energético em que elas se encontram.

O que se observa é que quanto mais quente está o corpo, maior é a

agitação molecular e o inverso também é verdadeiro, ou seja, a temperatura é

uma grandeza física que está associada de alguma forma ao estado de

movimentação ou agitação das moléculas.

A temperatura no recipiente 2 é maior do que no recipiente 1, pois lá a

movimentação molecular é maior.

 temperatura, atualmente, pode ser medida em três escalas termométricas.

Celsius, Fahrenheit e Kelvin. A conversão entre essas escalas pode ser feita

pelas seguintes relações matemáticas:

Calor – Temperatura de EquilíbrioConsidere dois corpos, A e B, que possuem temperaturas diferentes e estão

em contato térmico, como ilustra a figura abaixo:

Após algum tempo, observamos que esses dois corpos encontram-se

com a mesma temperatura. O que estava com maior temperatura esfriou e o

que estava com menor temperatura esquentou. Quando isso ocorre, dizemos

que os corpos estão em equilíbrio térmico e a temperatura final é chamada de

temperatura de equilíbrio.

Isso acontece porque o corpo de maior temperatura fornece certa quantidade

de energia térmica para o outro de menor temperatura. Essa energia térmica

quando está em transito de um corpo para outro é denominada calor.

Capacidade térmica e calor específico sensível

Os corpos e as substâncias na natureza reagem de maneiras diferentes

quando recebem ou cedem determinadas quantidades de calor. Alguns

esquentam mais rápido que os outros. Podemos exemplificar isso com a

seguinte situação: você está com fome e pretende fazer um macarrão

instantâneo.

Para isso, primeiramente, irá aquecer certa quantidade de água. Uma

atitude inteligente a ser tomada é colocar exatamente a quantidade de água

necessária para isso, pois se você colocar a água em demasia, irá demorar

mais tempo para ela chegar à temperatura desejada, além do fato de que o

macarrão irá parecer mais uma sopa. Mas, independentemente do resultado

final da atividade culinária, o importante para nós é observar que quanto mais

água houver na panela, maior será a quantidade de calor necessária para se

atingir a temperatura desejada e por isso ela terá uma capacidade térmica

maior.

Podemos, então, concluir que a capacidade térmica depende

diretamente da massa do corpo e, portanto, pode ser calculada da seguinte

forma:

Onde c é o calor específico sensível da substância de que o corpo é

constituído. O calor específico pode ser definido como a capacidade térmica

por unidade de massa e é uma característica da substância de que o material é

feito.

Observe que estamos falando de uma mesma substância, a água, que quando

possui massas diferentes, possui capacidades térmicas diferentes, ou seja, a

capacidade térmica é uma propriedade do corpo, e isso é aplicado a outras

substâncias na natureza.

A capacidade térmica pode ser medida usualmente em

º

e no Sistema Internacional em

, assim como o calor específico é medido usualmente em

º

e, no Sistema Internacional em

.

Calor sensívelComo vimos, uma das consequências das trocas de calor, é a variação

de temperatura do corpo. Se receber calor, esse corpo poderá sofrer um

aumento de temperatura e, se ceder calor, uma possível queda de

temperatura. É possível calcular a quantidade de calor trocado pelos corpos

através da seguinte equação matemática:

Essa equação é conhecida como a equação fundamental da calorimetria e

mostra que o calor sensível depende da massa (m), do calor específico (c) e da

variação de temperatura do corpo (

Calor latenteOutra consequência das trocas de calor é uma mudança do estado físico dos

corpos. Podemos facilmente derreter o gelo, para isso basta deixá-lo à

temperatura ambiente e a troca de calor com o meio fará o serviço. Um fato

interessante que ocorre durante a mudança de estado físico é que a

temperatura do corpo permanece constante, e isso ocorre porque o calor

trocado não está sendo usado para alterar o grau de agitação ou

movimentação das moléculas.

Nesse caso, ele está sendo usado para alterar o grau de ligação delas. Por

exemplo, quando derretemos um corpo, o calor está sendo usado para uma

mudança no estado de agregação das moléculas o que o fará, no final, atingir o

estado líquido.

Outro fato observado é que quanto mais calor é fornecido para a mudança de

estado físico, maior será a massa da substância que sofreu essa

transformação. Sendo Q a quantidade de calor trocada para a mudança de

estado físico e m, a massa transformada, teremos a seguinte relação:

A grandeza L é conhecida como calor latente específico e pode ser

determinada em

, ou no Sistema Internacional em

.

A propagação do calorO calor é uma forma de energia que se propaga do corpo mais quente para o

mais frio. Esse processo pode ocorrer por três mecanismos diferentes.

A condução, aconvecção e a irradiação.

ConduçãoProcesso que ocorre predominantemente nos sólidos e é caracterizada

pela transmissão de energia de molécula a molécula. Observe a situação

ilustrada abaixo.

A barra está sendo aquecida em uma extremidade, isso fará que as

moléculas que ali se encontram aumentem o seu estado de agitação, e isso irá

passar para as moléculas vizinhas aumentando o estado de agitação dessas.

Após algum tempo a mão que está segurando a barra sentirá a temperatura

aumentar.

Em alguns corpos, esse processo ocorre muito rapidamente, como por

exemplo, os metais, e por isso eles são chamados de condutores térmicos, e

em outros ocorre o contrário, como por exemplo, a madeira e a água. Esses

são chamados de isolantes térmicos.

Em dia frio, é comum usarmos agasalhos grossos para nos proteger das

temperaturas baixas. Fazemos isso porque o nosso organismo está a uma

temperatura maior que o meio ambiente e por isso estamos propensos a ceder

calor. O agasalho não permite que isso aconteça, pois ele é feito de materiais

que são isolantes térmicos.

ConvecçãoA transmissão de calor por convecção ocorre exclusivamente nos fluidos, ou

seja, em líquidos e gases. O processo é estabelecido pela movimentação de

massa fluida como pode ser observado na figura abaixo.

Ao se aquecer o recipiente por baixo, a porção de liquido que se

encontra na parte inferior irá se aquecer rapidamente. Esse por sua vez dilata e

se torna menos denso e, por isso, acaba subindo para a parte superior. O

liquido que está em cima está mais frio e mais denso e, por isso, desce. Assim

se estabelece uma corrente pela qual o calor é transmitido. Essa corrente é

denominada corrente de convecção.

Um exemplo prático é a instalação dos aparelhos de ar condicionado que deve

ser feita na parte superior do ambiente. Quando ele é ligado, emite o ar frio

que, por ser mais denso, desce para a porção inferior da sala, criando assim

uma corrente de convecção e deixando a temperatura ambiente homogênea

mais rapidamente.

Irradiação

Sabemos que a condução e a

convecção são processos que

necessitam de um meio

material para ocorrer, ou seja,

elas não ocorrem no vácuo.

A irradiação é um processo

que pode ocorrer no vácuo e

também nos meios materiais, e

a sua transmissão é feita por

intermédio de ondas eletromagnéticas da faixa

do infravermelho. Essas ondas transmitem

energia e são absorvidas pelos corpos. Essa

absorção provoca uma alteração no estado de

movimentação das moléculas alterando,

assim, a sua temperatura.

Conclusão

Em termodinâmica, Calorimetria é a parte da ciência física que estuda

as trocas de energia entre corpos ou sistemas quando essas trocas se dão na

forma de calor. Calor significa uma transferência de energia térmica de um

sistema para outro, ou seja: podemos dizer que um corpo recebe calor, mas

não que ele possui calor. O calor (Q) é a forma de transferir energia térmica

entre dois corpos que se vale da diferença de temperaturas existente entre

eles. Não é correto afirmar que um corpo tem mais calor que outro; o calor é

uma forma de transferir energia de um sistema para outro, sem transporte de

massa, e que não corresponde à execução de um trabalho mecânico.

Alguns materiais, como o vidro, são transparentes à radiação visível,

mas opacos à radiação infravermelha. Quando deixamos um carro estacionado

em um dia ensolarado, o interior se torna muito quente, pois o vidro permite

que a luz solar passe. Essa, por sua vez, ao incidir nos objetos que ali estão,

fará com que os mesmos emitam a radiação infravermelha. Como o vidro é

opaco a essa radiação, ela ficará presa no interior do veículo, fazendo que a

temperatura interna se torne mais alta que a externa. Em outras palavras, o

carro funcionará como uma estufa.

BIBLIOGRAFIA

Paulo Augusto Bisquolo, Especial para a Página 3 Pedagogia & Comunicação é professor de física do colégio COC-Santos (SP).

http://educacao.uol.com.br/disciplinas/fisica/calorimetria-o-estudo-dos-fenomenos-de-transferencia-de-calor.htm

http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAY_wAI/calorimetria-determinacao-

poder-calorifico

Determinação do Poder Calorífico”Natal – RNAbril de 2008“Determinação do Poder Calorífico”Relatório referente à segunda prática realizada no laboratório da disciplina DEQ-310.Natal – RN/Abril de 2008