CALORIMETRIA REVISÃO 2025

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ESCOLA TÉCNICA ESTADUAL ETE PROF. FRANCISCO JONAS FEITOSA COSTA Matéria: FISICA Professor: MÚCIO BRITO TURMAS: 2°A e 2°B (REDES E LOGÍSTICA)Calor sensível e calor latente Capacidade térmica e calor específico Na Física, costuma-se tratar calor trocado entre os corpos de duas formas A troca de calor entre corpos ou sistemas depende de suas características diferentes. intrínsecas, em particular da massa e da composição química. Por causa disso, é calor que produz a variação de temperatura em um corpo chama-se calor necessário definir duas grandezas: a capacidade térmica e o calor específico. sensível. Por exemplo, ao colocarmos água para ferver em um recipiente, sua Como propriedades de um corpo e de um composto químico, respectivamente, temperatura aumentará continuadamente até atingir 100 °C, ou valores próximos essas grandezas indicam como eles recebem ou perdem calor. a esse. A variação de temperatura na mudança de estado pode ocorrer por causa dos diferentes valores que a pressão pode assumir no ambiente. Você verá mais Assim, define-se que: informações a esse respeito no próximo capítulo. Entretanto, sabemos que, ao fornecer calor à matéria, esta pode mudar de Capacidade térmica de um corpo é a quantidade de calor necessária para estado físico. Ou seja, se continuarmos a fornecer calor para a água, esta mudará elevar em a sua temperatura. Equivale ao quociente entre a quantidade de estado físico, passando do líquido para gasoso. Verifica-se que, durante esse de calor Q recebido ou cedido pelo corpo e a correspondente variação de processo, a temperatura da água não varia, mantendo-se constante no valor em temperatura que foi iniciada a mudança de estado. 0 calor que modifica estado físico de um corpo, e não varia a sua temperatura, é chamado de calor latente. A energia é medida em joules (J) no SI. Por motivos históricos e práticos, Q Algebricamente temos: também usamos outra unidade, a caloria (cal), assim definida: AT Uma caloria é a quantidade de calor necessária para elevar de 14,5 a 15,5 °C A unidade de medida usual da capacidade térmica é a caloria por grau a temperatura de um grama de água pura, à pressão normal. celsius (cal/°C). Para compreendermos melhor esse conceito, considere seguinte exemplo: múltiplo usual da caloria é a quilocaloria (kcal): um corpo que, ao receber 80 calorias na forma de calor, tem sua temperatura 1 kcal = 1000 cal ou 1 cal = kcal aumentada em 16 °C. Podemos obter a capacidade térmica desse corpo pela A relação entre a caloria e o joule é, aproximadamente: divisão do calor recebido (80 cal) pela variação de temperatura (16 °C). Fazendo 1 cal ou 0,2388 cal isso, obtemos 0 valor de 5 cal/°C para a capacidade térmica.Calor específico de um material é a quantidade de calor necessária para ele- var em 1 a temperatura de uma unidade de massa desse material. 2. Equação fundamental da Calorimetria Q Algebricamente temos: = Reunindo as equações que definem a capacidade térmica e, principalmente, 0 calor específico, obtemos a equação fundamental da Calorimetria: A unidade de medida usual do calor específico é a caloria por grama por grau celsius (cal/g °C). Se manipularmos as duas equações anteriores, podemos deduzir uma ter- ceira expressão que fornece a capacidade térmica de um corpo como sendo Q = mcAT diretamente proporcional a sua massa e ao calor específico do material. = Essa equação nos permite conhecer a quantidade de calor Q trocada por um m corpo de massa m, cujo calor é (constante característica do material), Por exemplo, se considerarmos um material com calor específico de 0,25 cal/g °C, a capacidade térmica de um corpo composto desse material irá ao sofrer uma variação de temperatura AT. depender de sua massa, como podemos observar no quadro abaixo. Observe como a capacidade térmica varia de acordo com a massa do corpo, pois quanto maior a massa, maior a quantidade Massa (m) Capacidade térmica de calor necessária para variar a sua temperatura. 20g 5 cal/°C Por outro lado, verifique que a razão entre capacidade térmica 40g 10 e massa sempre se mantém constante. Essa razão é calor especí- 80g 20 fico do material que forma o corpo; e, portanto, uma característi- ca dele. Para qualquer coluna do quadro, sempre obtemos o valor 160g 40 cal/°C 0,25 para essa razão. 240 g 60 cal/°CEm um sistema de vários corpos, termicamente isolados do 3. Trocas de calor e calorímetro meio externo, a soma das quantidades de calor trocadas por eles é igual a zero. Chamamos de calorímetro um tipo de recipiente que evita as trocas de calor entre seu conteúdo e meio externo, pois termômetro agitador Como a energia se conserva, nesse caso na forma de calor, a quantidade de calor cedida pelos corpos com maior tempe- trata-se de um sistema termicamente isolado. tampa do ratura deve ser recebida integralmente pelos corpos de tem- Em geral ele é utilizado para acondicionar corpos que pre- calorímetro Editoria de peratura mais baixa. Como as quantidades de calor cedido e cisam ser mantidos em temperaturas preestabelecidas ou para recebido possuem sinais contrários, a soma desses termos é nula. Algebricamente, temos: estudar trocas de calor entre dois ou mais corpos em laboratório. recipiente de metal Em princípio, um ideal não deveria trocar calor com os corpos de seu interior, mas na prática isso não ocorre. Portanto, em alguns casos vamos considerar a capacidade tér- água mica do calorímetro no equacionamento das trocas de calor; isolante tampa isolante em outros, quando avisado, iremos supor um calorímetro ideal térmico vácuo entre as paredes com capacidade térmica nula ou desprezível. A garrafa térmica é um tipo de calorimetro. Possui duas pare- paredes espelhadas des de vidro espelhado entre as quais é criado vácuo. suportes corpo Essas medidas minimizam 0 fluxo de calor através das paredes invólucro externo da garrafa, tornando-a ideal para guardar líquidos que desejamos Um corpo troca calor com certa massa de no interior manter à temperatura constante. de um calorimetro. A função do agitador é homogeneizar a temperatura da água. No interior de um são colocados dois ou mais suporte corpos de temperaturas diferentes, que trocam calor entre si isolante até atingirem o equilíbrio térmico. A partir da conservação da Representação da estrutura de uma energia. podemos enunciar princípio das trocas de calor. garrafaCalor latente 2. Curva de aquecimento e resfriamento 0 calor trocado por uma substância, por unidade de massa, durante a mudança Considere um recipiente à pressão normal que contém certa massa de gelo inicialmente a °C. de estado físico é denominado calor latente. Esse calor é característico para cada atm 1 atm atm 1 atm gelo água T substância e para a correspondente mudança de estado físico. 0 de gelo inicialmente água Conceitualmente podemos dizer que: a começa a receber Ao atingir 0 parte 0 °C do gelo começa a derreter. aquecimento continua e, ao ultrapassar 0 a água está no Calor latente L é a quantidade de calor que uma unidade de massa de de- estado Ao atingir 100 parte da água passa para 0 estado terminada substância deve receber (ou perder) para sofrer uma mudança gasoso. Durante processo, a pressão mantida constante em atm. Figura Figura C. Figura de estado físico. Temperatura gasoso sistema recebe calor de forma gradual e o liquido + gasoso gelo começa a derreter. No gráfico ao lado está Temperatura de ebulição descrita a variação do estado físico do gelo ao lon- Q go do tempo. Ele relaciona a variação da tempera- Algebricamente, temos: Quantidade de tura em função da quantidade de calor absorvido. L Temperatura de sólido + liquido callor absorvido Chamamos esse gráfico de curva de aqueci- m fusão mento (caso tivéssemos partido da água no esta- do gasoso e retirando calor até obtermos Curva de aquecimento da gelo, seria uma curva de resfriamento). Para um corpo de massa m na temperatura de mudança de estado, 0 calor Q Observe que durante as mudanças de estado físico (sólido + e líquido + gasoso), a massa de gelo continua rece- necessário para que essa transformação ocorra é dado por: bendo calor, porém não ocorre mudança de temperatura. Como estudamos no capítulo anterior, ao fornecermos calor a uma substân- cia em que ocorre aumento de temperatura, estamos fornecendo o calor sensí- vel. Observamos isso nas etapas do gráfico dadas pelas linhas vermelha, amarela e azul-escura, nas quais o gelo se encontra, respectivamente, nos estados sólido, Q =mL líquido e gasoso. Já nas etapas azul-clara e a massa recebeu calor, porém sem variar a temperatura. Chamamos esse calor de calor latente, que será discutido a seguir.1E) um corpo de massa 200g é constituído por uma substancia de calor especifico 0,4 cal/g.°C. Determine a capacidade térmica e a quantidade de calor que 0 corpo deve receber parar que sua temperatura varie de 5°C para 35°C. = 200g = C 0,4 °C = 10 C = 200.4 Q = 4 C=? = 10 10 Q=? = = so Q = 2400 At on R C 302E) Uma barra de ouro de massa 100g recebe 320cal e sua temperatura passa de 100°C para 110°C. Determine 0 calor especifico do ouro. m = 100g 320 - 320 = 100.10 320 =3E) Em um calorímetro de paredes isolantes são colocadas 10g de água a 20°C e 10g de alumínio a 80°C. Sabendo que 1 cal/g°C e que = 0,2 cal/g°C. Calcule a temperatura de equilíbrio térmico do conjunro. + = + 80) = + 200 + 160 0 12X 360 = 0 12 = 360 = 12 30°CDetermine a quantidade de calor necessária para transformar 600g de gelo a - 40°C em água a pressão normal. = = = = 12000 + 48000 = 300.40 Q= = 60 000 cal 60kcal 21= =3. Condução térmica Condução térmica é processo de transmissão do calor em que a energia térmica se propaga de uma partícula para outra do meio material. Podemos verificar isso na prática com uma experiência bem simples. Em um bastão de metal, fixe alguns pregos ou tachinhas com parafina, mantendo certa distância entre eles; caso contrário, será difícil observar o fenômeno da condução no expe- Figura 2 (A) A parafina derrete à medida que energia térmica se propaga por rimento. Ao colocar uma das extremidades do bastão em contato com uma fonte condução ao longo do bastão metálico; de calor (chama), percebemos que a parafina derrete gradativamente a partir (B) a energia térmica se propaga de dessa extremidade, fazendo com que os pregos ou as tachinhas caiam um a um. uma partícula para outra ao longo do que ocorre é que as partículas do bastão em contato com a chama passam a comprimento do bastão. vibrar com mais intensidade, e essa vibração mais intensa vai se transferindo de fora de cores meramente uma partícula para outra ao longo do comprimento do bastão (Fig. 2). ilustrativas.)térmica térmica é o processo de transmissão do calor em que a energia térmica se propaga pela movimentação de massas líquidas ou gasosas, que alternam suas posições no meio devido à diferença de densidade. Por exemplo, quando você aquece um líquido numa chama, as camadas 00 inferiores, à medida que se aquecem, ficam menos densas e sobem, enquanto as camadas superio- res, menos quentes, descem, pois têm maior densidade. Dessa forma, vai ocorrendo a mistura das partes mais aquecidas com as menos aquecidas, e o conjunto acaba por esquentar como um todo. Se você colocar pequenas partículas, por exemplo, macarrão do tipo argolinha, no líquido que está Figura 4 Representação sendo aquecido, poderá ver as partículas, ou seja, macarrão, se movimentando, acompanhando as esquemática de térmica. As setas azuis indicam correntes de que se formam durante o aquecimento (Fig. 4). Observe que esse processo a água menos quente descendo. As setas amarelas indicam a água de transferência de calor não ocorre nos sólidos. Ele é exclusivo dos líquidos e gases, genericamente mais quente subindo. denominados fluidos.Esquema de formação das brisas marítimas e terrestres As brisas que ocorrem nas regiões litorâneas podem ser explicadas pela existência de correntes de associadas à diferença de aquecimento da terra e do mar no decorrer do dia. Durante dia, a terra está mais quente que o mar, pois a água é um material que precisa absorver grandes quantidades de calor para ser aquecida. Veremos adiante que isso está associado ao grande calor específico desse líquido. Então o ar mais quente, em contato com a terra, sobe por e produz uma região de baixa pressão, aspirando o ar que está sobre oceano. Sopra, então, a brisa marítima (Fig. 5.A). À noite, o processo se inverte, e agora a água, sem o aquecimento do Sol, demora mais para esfriar, mantendo-se mais quente que a terra. Então, o ar sobre o mar sobe por convecção, produzindo uma região de baixa pressão, aspirando o que está sobre a terra. Sopra, assim, a brisa terrestre (Fig. 5.B). A Dia Noite Ar quente Ar quente Brisa Brisa marítima terrestre Mar Mar frio quente Terra quente Terra fria5. Irradiação térmica A transmissão de energia pelas ondas eletromagnéticas, como ondas de rádio, micro-ondas, raios infravermelhos, luz visível, raios ultravioleta, raios e raios gama, é denominada genericamente irradiação ou radiação. A irradiação térmica ou radiação térmica é processo de transmissão de calor em que a energia térmica se propaga sob a forma de raios infravermelhos. Ao contrário da condução e da térmicas, ela não precisa de um meio material para ocorrer. Por exemplo, calor do Sol chega até nós por meio das radiações eletromagnéticas emitidas por esse astro, que atravessam vácuo existente entre ele e a Terra. Ao absorver a energia proveniente dessas radiações, o grau de agitação das partículas dos corpos aumenta e eles sofrem aumento de temperatura. A absorção dessa energia está diretamente relacionada com a cor e com o grau de polimento do corpo que a recebe. Pode-se dizer genericamente que os corpos foscos, pouco polidos e de cor escura absorvem maior quantidade de calor num mesmo ambiente que os polidos e de cor clara.Garrafa térmica A garrafa térmica é um dispositivo de grande aplicação prática. Tem como função manter seu conteúdo em temperatura praticamente constante durante longo intervalo de tempo. Logo após sua invenção, em 1892, ela era ADILSON SECCO conhecida como vaso de Dewar, em homenagem ao químico escocês Sir James Dewar (1842-1923), que, um ano antes, havia descoberto um método para produzir grandes quantidades de oxigênio líquido, no entanto, para utilizá-lo, Paredes era preciso mantê-lo a baixas temperaturas. Em função dessa necessidade, espelhadas Vácuo entre Dewar inventou a garrafa térmica. as paredes Para minimizar as trocas de calor e manter a temperatura constante, a garra- fa térmica é feita com parede dupla de vidro espelhado, no interior da qual se faz "vácuo" (ar rarefeito). fato de material ser vidro, que é isolante, reduz a condução. vácuo entre as lâminas da parede dupla só permite a irradiação, mas esta é dificultada pelo espelhamento interno e externo das paredes de Figura 9 Representação esquemática vidro, pois, nesse caso, as ondas de calor são refletidas (Fig. 9). de uma garrafa térmica.