COC - SUL [email protected] Calorimetria AV1 – 4° BIMESTRE Professor: ∆lan.
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Energia Térmica:
Conclui-se, assim, que: As partículas que constitui os corpos possuem energia de agitação. Esta energia de agitação das partículas do corpo é chamada de energia térmica.
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Formas de Calor:
Quando um corpo recebe energia, esta pode produzir variação de temperatura ou mudança de estado.
• Quando o efeito produzido é a variação de temperatura, dizemos que o corpo recebeu calor sensível.
• Se o efeito se traduz pela mudança de fase, o calor recebido pelo corpo é dito calor latente.
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A caloria:
Define-se Caloria como sendo a quantidade de calor necessária para que um grama de água pura, sob pressão normal, tenha sua temperatura elevada de 14,5ºC para 15,5ºC.
A unidade de calor, no SI, é o Joule (J);Ainda se usa bastante a caloria (cal).
1cal = 4,186 J
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Capacidade térmica:
Define-se Capacidade térmica como sendo a razão entre a quantidade de calor (Q), que um corpo recebe, e a variação de temperatura ocorrida (Δθ ).
QC
t
A unidade de capacidade térmica, no SI, é o Joule/Kelvin (J/K);
Também é encontradocal /º C
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Calor específico:
As quantidades de calor cedidas a massas iguais da mesma substância ou delas retiradas são diretamente proporcionais às variações de temperatura.
As quantidades de calor cedidas a massas diferentes de uma mesma substância, ou delas retiradas, a fim de produzir variações de temperaturas iguais, são diretamente proporcionais às massas.
O calor específico de uma substância representa a quantidade de calor necessária para que 1 grama da substância eleve a sua temperatura em 1ºC.
Cc
m
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Equação fundamental da calorimetria
A capacidade térmica e o calor específico foram definidos respectivamente como:
Isolando c na segunda equação e substituindo na primeira, obtemos:
QC
t
C
cm
. . Q m c t
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UNIDADES DE MEDIDAS
Unidades usuais Unidades do SIQ............cal...........................Joule (J)m.......grama (g)................quilograma (kg)t.......Celsius (oC)………..…..Kelvin (K)c..........cal/g.oC………….…….J/kg.K
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Trocas de calor
Quando dois ou mais corpos, que estão em temperaturas diferentes, são colocados em contato, ocorrem espontaneamente trocas de calor entre eles, que cessam ao ser atingido o equilíbrio térmico.
Para que não haja influência do meio externo nas trocas de calor, é necessário colocá-los em um recipiente isolante térmico chamado calorímetro.
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Trocas de calor
Através do balanço energético, conclui se que, em módulo, a somatória dos calores cedidos é igual à somatória dos calores recebidos. Se os sinais são levados em conta, tem-se:
Q1 + Q2 + Q3 + ... + Qn = 0
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Calor latenteO calor latente, de uma mudança de estado, é a
quantidade de calor que a substância recebe ou cede, por unidade de massa, durante a transformação, mantendo-se constante a temperatura, desde que a pressão não se altere. Matematicamente, podemos expressá-lo por:
Sendo: – Q = quantidade total de calor latente trocada no processo– m = massa do corpo– L = calor latente de mudança.
mLQm
QL
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Mudança de fase
Quando alteramos as condições físicas de pressão e temperatura, podemos alterar o estado de agregação da matéria. Por ora, trataremos da mudança de fase sob pressão constante, variando somente a temperatura. Processos de mudança:
– Fusão: passagem de sólido para líquido; – Solidificação: passagem de líquido para sólido;– Vaporização: passagem de líquido para vapor;– Condensação: passagem de vapor para líquido;– Sublimação: passagem de sólido para vapor ou vapor para
sólido, processo também conhecido como cristalização.
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Curvas de aquecimento ouresfriamento
Este gráfico será chamado de curva de aquecimento, se o corpo estiver recebendo energia térmica, ou curva de resfriamento, se o corpo estiver cedendo energia térmica.
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Leis gerais de mudança
– Se a pressão for mantida constante, durante a mudança de fase, a temperatura se mantém constante.
– Para uma dada pressão, cada substância tem a sua temperatura de mudança de fase perfeitamente definida.
– Variando a pressão, as temperaturas de mudança de fase também variam.
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Diagrama de fases
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Transmissão de Calor
Tipos de Transmissão:Tipos de Transmissão: é dada de três é dada de três maneiras por condução, por convecção e por maneiras por condução, por convecção e por irradiação.irradiação.
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1. Condução térmica É a propagação de calor em que a energia térmica passa de partícula para partícula, sem transporte de matéria. Ocorre principalmente nos metais (condutores térmicos).
São exemplos de isolantes térmicos: água, gelo, ar, lã, isopor, vidro, borracha, madeira, serragem, etc.
Aplicações de isolantes térmicos:
Exemplo1: Os iglus, embora feitos de gelo, impedem a condução de calor para o meio externo. Elevando, assim sua temperatura interna.
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Equação de Fluxo de Equação de Fluxo de CalorCalor ΦΦ= = QQ = K = K • • A(A(θθ11 – –
θθ2 2 )) ΔΔTT L L ΦΦ: Fluxo de calor (Cal/s): Fluxo de calor (Cal/s)Q: Quantidade de Calor Q: Quantidade de Calor (Cal)(Cal)ΔΔT: Intervalo de TempoT: Intervalo de TempoK: Coeficiente de K: Coeficiente de condutibilidade (cal/s condutibilidade (cal/s • • cm • ºC)cm • ºC)A: Seção transversal de A: Seção transversal de áreaáreaΘΘ: Temperaturas nas : Temperaturas nas extremidadesextremidadesL: Comprimento do objetoL: Comprimento do objeto
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2. Convecção térmica É a propagação de calor com transporte de matéria. Ocorre somente nos líquidos e gases.
Exemplo1: Água no fogo.
A água quente na parte inferior,
menos densa, sobe, enquanto a água fria
na parte superior, mais densa, desce.
Esse movimento de água quente e
água fria, chamado de corrente de
convecção, faz com que a água se
aqueça como um todo.
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Exemplo: Brisa litorânea: De dia, o ar junto à areia se aquece e, por ser menos denso, sobe e é substituído pelo ar frio que estava sobre a água. Assim, forma-se a brisa que sobra do mar para a terra, a brisa marítima.
À noite, o ar junto à água, agora mais aquecido, sobe e é substituído pelo ar frio que estava sobre a areia. Assim, forma-se a brisa que sopra da terra para o mar, a brisa terrestre.
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3. Irradiação térmica É a propagação de calor através de ondas eletromagnéticas, principalmente os raios infravermelhos (chamados de ondas de calor). Ocorre inclusive no vácuo.
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Exemplo1: A estufa de plantas é feita de vidro, que é transparente à energia radiante do Sol e opaco às ondas de calor emitidas pelos objetos dentro da estufa. Assim, o interior da estufa se mantém a uma temperatura maior do que o exterior.
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GARRAFA TÉRMICA:A garrafa térmica tem por finalidade evitar as propagações de
calor. Ela é constituída por uma ampola de vidro com faces espelhadas (as faces espelhadas evitam a irradiação). A ampola tem parede dupla de vidro com vácuo entre elas (o vácuo evita a condução e a convecção). Externamente, uma camada de plástico protege a ampola.
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Quando aumentamos a temperatura de um corpo (sólido ou líquido), aumentamos a agitação das partículas que formam esse corpo. (afastamento entre as partículas) resultando em aumento nas dimensões do corpo (dilatação térmica).
Na construção civil, por exemplo, para prevenir possíveis trincas e rupturas utilizam-se as " folgas", chamadas de juntas de dilatação.
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Dilatação linear (∆l)• a dilatação de apenas uma das suas
dimensões sobre as demais. Ou, ainda, podemos estar interessados em uma única dimensão do sólido. Nesse caso, temos a dilatação Linear ( L ).
• Exemplos: trilho da linha férrea, fio de alta tensão, viga de prédio, etc.
20 20 ooCC 100 100 ooCC
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DILATAÇÃO LINEARL = Lo . . t
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Dilatação superficial (∆s)• A dilatação superficial corresponde à
variação da área de uma placa quando submetida a uma variação de temperatura.
• Exemplos: piso de uma calçada, placa metálica, etc.
• Ocorre também nos objetos circulares (exemplo: anéis).
20 20 ooCC 100 100 ooCC
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DILATAÇÃO SUPERFICIAL
S = So . . t
2 =
S - So = So . 2 . t
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Dilatação volumétrica (∆V)
• a variação de volume, isto é, a dilatação nas três dimensões do sólido (comprimento, largura e altura). Veja o exemplo do quadro abaixo:
• Exemplos: caixa de água de um prédio, caixa de sapato, objetos cilíndricos, etc.
20 20 ooCC 100 100 ooCC 20 20 ooCC100 100 ooCC
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DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA
V = Vo . . t
3 =
V - Vo = Vo . 3 . t
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ΔV = ΔVaparente + Δvrecipiente
γ = γap + γrecipiente
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ΔVap = γap.Vi.ΔT
Dilatação irregular
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Quando a água é aquecida de 0oC a 4o C ocorre uma contração. de 4o C a 100o C, a água dilata-se normalmente.
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Então, a 4o C, tem-se o menor volume para a água e, consequentemente, a maior densidade da água no estado líquido.
Observação: A densidade da água no estado sólido ( gelo ) é menor que a densidade da água no estado líquido.
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