A Medida do Calor - Calorimetria

1. A Medida do Calor - Calorimetria 4 Livro texto: RAMALHO JR. F. e outros. Os Fundamentos da Física.v.2. 10ª ed. São Paulo: Ed. Moderna, 2009. Profa. Vera Rubbioli – verarubbioli@hotmail.com

2. 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. Instituto Educacional Imaculada 1 cal = 4,1868 J 1 kcal = 1.000 cal

3. 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. Instituto Educacional Imaculada

4. 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 Instituto Educacional Imaculada

5. 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 Instituto Educacional Imaculada

6. Tabela de valores de Calores Específicos Instituto Educacional Imaculada (*) Liga cuja base são o cobre e o estanho, podendo conter outros elementos: zinco, alumínio, antimônio, níquel, fósforo e chumbo. Fonte: HALLIDAY, David et al. Fundamentos da Física – Gravitação, Ondas e Termodinâmica – Vol. 2. 7ª ed. Rio de Janeiro: LTC Editora, 2005.

7. Entendendo as brisas marinhas Instituto Educacional Imaculada

8. 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 Instituto Educacional Imaculada

9. Diagrama q x QS • A temperatura qfé uma função da quantidade de calor sensível QStrocada. • Logo, o diagrama q x QSé uma reta inclinada. Instituto Educacional Imaculada

10. 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. suficiente apenas para aquecê-lo, mas sem alcançar seu ponto de ebulição, aquele que apresentará temperatura mais alta, após o aquecimento, será: Instituto Educacional Imaculada Resposta: E

11. Figura 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. Instituto Educacional Imaculada Resposta: C

12. 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. Instituto Educacional Imaculada

13. 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. Instituto Educacional Imaculada

14. 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) Instituto Educacional Imaculada

15. 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 Instituto Educacional Imaculada

16. 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 Instituto Educacional Imaculada

17. Calorímetro • Calorímetro: Equipamento termicamente isolado do meio externo em que são colocados os corpos que trocam calor. Instituto Educacional Imaculada

18. 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. Instituto Educacional Imaculada

19. 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

20. 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: Instituto Educacional Imaculada

21. 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? Instituto Educacional Imaculada

22. 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, ...” Instituto Educacional Imaculada

23. 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) 1000 Instituto Educacional Imaculada Resposta: C

24. 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; Instituto Educacional Imaculada

25. Anexo Instituto Educacional Imaculada Figura do Exercício de Calor Específico

26. Tirinha do exemplo anterior volta Instituto Educacional Imaculada