Equação Fundamental da

Calorimetria

Física

Calor

Quando colocamos dois corpos com temperaturas diferentes em contato, podemos observar que a temperatura do corpo "mais quente" diminui, e a do corpo "mais frio" aumenta, até o momento em que ambos os corpos apresentem temperatura igual. Esta reação é causada pela passagem de energia térmica do corpo "mais quente" para o corpo "mais frio", a transferência de energia é o que chamamos calor.

Calor é a transferência de energia térmica entre corpos com temperaturas diferentes.A unidade mais utilizada para o calor é caloria (cal), embora sua unidade no SI seja o joule (J). Uma caloria equivale a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de um grama de água pura, sob pressão normal, de 14,5°C para 15,5°C.A relação entre a caloria e o joule é dada por:1 cal = 4,186JPartindo daí, podem-se fazer conversões entre as unidades usando regra de três simples.Como 1 caloria é uma unidade pequena, utilizamos muito o seu múltiplo, a quilocaloria.1 kcal = 10³cal

Se vários corpos com temperaturas diferentes trocam calor e estão isolados termicamente, os de maior temperatura cedem calor aos de menor, até que se estabeleça o equilíbrio térmico. Assim, a soma desses calores sempre é igual a zero.

Capacidade térmica ou capacidade calorífica é a grandeza física que determina o calor que é necessário fornecer a um corpo para produzir neste uma determinada variação de temperatura. Ela é medida pela variação da energia interna necessária para aumentar em um grau a temperatura de um material. A capacidade térmica caracteriza o corpo, e não a substância que o constitui. Dois corpos de massas e de substâncias diferentes podem possuir a mesma capacidade térmica. Dois corpos de massas diferentes e de mesma substância possuem capacidades térmicas diferentes.-------------------------------------------------------------

Capacidade Térmica

A Capacidade Térmica é a grandeza física utilizada para caracterizar a variação de temperatura dos corpos ao receber calor. Usando a letra C para designar a capacidade térmica de um corpo , definimos:

A capacidade térmica (C) de um corpo é o resultado da razão e calor (Q) recebida pelo corpo e a variação de temperatura (∆T ) que ele sofre. Assim:

C=

Calor Específico • Calor específico é uma grandeza física que define a

variação térmica de determinada substância ao receber determinada quantidade de calor. Também é chamado de capacidade térmica mássica. É constante para cada substância em cada estado físico. Pode-se dizer que o calor específico caracteriza uma substância (em determinado estado físico).

• A unidade no SI é J/(kg.K) (joule por quilogramas e por Kelvin). Uma outra unidade mais usual para calor específico é cal/(g.°C) (caloria por grama e por grau Celsius). O calor específico pode ser medido usando um calorímetro.

É interessante conhecer alguns valores de calores

específicos:Substância c (cal/g°C)

Alumínio 0,219

Água 1,000

Álcool 0,590

Cobre 0,093

Chumbo 0,031

Estanho 0,055

Ferro 0,119

Gelo 0,550

Mercúrio 0,033

Ouro 0,031

Prata 0,056

Vapor d'água 0,480

Zinco 0,093

Calor Sensível• É denominado calor sensível, a quantidade de calor que

tem como efeito apenas a alteração da temperatura de um corpo.

• O calor sensível é medido em cal/g.Cº. Essa medição irá nos informar a quantidade de calor (cal) que uma quantidade de massa (g) leva para aumentar ou diminuir sua temperatura (ºC).O calor sensível também é chamado de calor específico e se refere a uma unidade de massa, portanto não depende da massa do material considerado.

Consideremos um corpo que recebeu ou perdeu uma determinada quantidade de calor Q. Esse calor é denominado calor sensível quando provoca apenas uma variação da temperatura do corpo, sem mudar seu estado de agregação (se o corpo é sólido, continua sólido, se é líquido continua líquido e, se é gasoso, continua gasoso).

Exemplo:

Qual a quantidade de calor sensível necessária para aquecer uma barra de ferro de 2kg de 20°C para 200°C? Dado: Calor específico do ferro = 0,119cal/g°C e 2kg = 2000g.

Equação Fundamental da Calorimetria

Calorimetria é a parte da física que estuda as trocas de energia entre corpos ou sistemas quando essas trocas se dão na forma de calor.

• A equação denominada Equação Fundamental da Calorimetria e nos permite calcular a quantidade de energia trocada (cedida ou recebida) por um corpo quando esta troca de energia acarretar apenas variação na sua temperatura.

• Este fenômeno é regido pela lei física , que diz que a quantidade de calor sensível (Q) é igual ao produto de sua massa, da variação da temperatura e de uma constante de proporcionalidade dependente da natureza de cada corpo denominada calor específico.

Equação

Onde:

Q – é a quantidade de energia trocada;

M – é a massa do corpo;

C – é o calor específico do corpo;

∆T - é a variação de temperatura do corpo.

Quando:Q>0: o corpo ganha calor.Q<0: o corpo perde calor.

Q = M.C.∆T

Calor Latente

Outra 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.

Observa-se 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

Quando adicionamos ou extraímos calor de uma substância onde ocorre mudança de estado, damos o nome de calor latente. O calor latente é a energia da disposição e separação das moléculas. Ele não pode ser medido com um termômetro.

Quando:Q>0: o corpo funde

ou vaporiza.Q<0: o corpo solidifica ou condensa.

Exemplo: Qual a quantidade de calor necessária para que

um litro de água vaporize? Dado: Densidade da água=1g/cm³ e Calor Latente de vaporização da água=540cal/g.

O calor total de uma substância é igual a soma de seus calores latente e sensível. 

• O corpo muda de temperatura .

Calor Sensív

el• O corpo muda

de Estado Físico.

Calor Latent

e

EXPERIMENTO : “BARQUINHO A VAPOR”

O experimento “Barquinho a vapor” trata-se de uma máquina térmica bastante simples, que utiliza materiais de baixo custo e facilmente encontrada. O experimento consiste basicamente em realizar um processo de conversão de energia térmica em energia mecânica ou cinética, a qual produz o movimento característico do barco a vapor, que se move lentamente aos trancos, impulsionado pelo vapor d’água que é aquecida no tubo de cobre disposto em formato espiral, formando assim uma serpentina de aquecimento, que no caso é considerada o motor da maquina térmica.

BARQUINHO A VAPOR

Laudiane

Julio

Nathália

Ygor F.

Componentes :