A MEDIDA DO CALOR - CALORIMETRIALivro texto:RAMALHO JR. F. e outros. Os Fundamentos da Física. v.2. 10ª ed. São Paulo: Ed. Moderna, 2009.

4

Profa. Vera Rubbioli – verarubbioli@hotmail.com

2

Instituto Educacional Im

aculadaCALOR – 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

3

Instituto Educacional Im

aculada

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.

4

Instituto Educacional Im

aculadaQUANTIDADE 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

qD SQC

(SI) KJ

)(unid)Q(unid)C(unid S

qD

5

Instituto Educacional Im

aculadaCALOR 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

mCc

(SI) )K.kg/(J)c(unidkg

K/J)c(unid)m(unid)C(unid)c(unid

6

Instituto Educacional Im

aculadaTABELA 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.

7

Instituto Educacional Im

aculada

ENTENDENDO AS BRISAS MARINHAS

8

Instituto Educacional Im

aculadaEQUAÇÃO FUNDAMENTAL DA CALORIMETRIA Quantidade de calor sensível

Convenção de sinais:

QS>0 calor recebido aumento de temperatura

QS<0 calor cedido diminuição de temperatura

qDqD

qD .c.mQ.m

Qcm

Q

cmCc S

S

S

)()()()()()()()(

cmQS

qD

9

Instituto Educacional Im

aculada

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.

qqqqqD ifSifSS .c.m.c.mQ).(c.mQ.c.mQ

qqqqq

qb

i

x

S

ay

fiS

fiS

f Q.)c.m

1(c.m

Qc.m

.c.mQ

bx.ay

10

Instituto Educacional Im

aculada

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 2,09Glicerina 2,43

Leite 3,93Mercúrio 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:

11

Instituto Educacional Im

aculada

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

12

Instituto Educacional Im

aculada

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.

13

Instituto Educacional Im

aculada

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 capacidadetérmica do corpo e o calor específico que o constitui.

14

Instituto Educacional Im

aculada

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 D

15

Instituto Educacional Im

aculada

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 D

16

Instituto Educacional Im

aculada

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

17

Instituto Educacional Im

aculada

CALORÍMETRO Calorímetro: Equipamento termicamente isolado do

meio externo em que são colocados os corpos que trocam calor.

18

Instituto Educacional Im

aculada

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

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

Instituto Educacional Im

aculada

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

21

Instituto Educacional Im

aculada

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?

22

Instituto Educacional Im

aculadaEQUIVALENTE 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, ...”

23

Instituto Educacional Im

aculada

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) 200b) 400c) 600d) 800e) 1000

Resposta: C

24

Instituto Educacional Im

aculada

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 Im

aculada

25

ANEXO1. Figura do Exercício de Calor Específico

26

Instituto Educacional Im

aculadaTIRINHA DO EXEMPLO ANTERIOR volta