Calorimetria

CALORIMETRIA

www.fisicaatual.com.br

TEMPERATURA TEMPERATURA

Todo corpo que esteja a uma temperatura cima do zero absoluto é constituído de partículas que estão em movimento:

A temperatura de um corpo reflete a rapidez com se movem ou vibram as partículas em um gás, em um líquido ou em um sólido

www.fisicaatual.com.br

Em um vaso de água:

Todas as partículas que a compõem estão em contínuo movimento. As moléculas no vaso de água a 50 0C apresentam energia cinética média maior que as moléculas no vaso de água a 25 0C.

www.fisicaatual.com.br

Temperatura mede a energia cinética das partículas que compõem o sistema e não depende do número de partículas que o constituem

www.fisicaatual.com.br

ENERGIA INTERNA (U) ENERGIA INTERNA (U)

A energia interna (microscópica) de um sistema tem duas componentes:

A energia cinética (de vibração, rotação e/ou translação) das partículas do sistema, cujo valor médio está relacionado com a temperatura do sistema; A energia potencial, que está associada com as interações entre as partículas e com as ligações existentes.

A energia interna de um sistema é o somatório das energias cinéticas e energias potenciais de todas as partículas que o constituem, dependendo, por isso: da temperatura que o sistema se encontra; da massa do sistema.

Energia cinética microscópica

Energia potencial , associada às ligações entre as moléculas e entre os átomos.

www.fisicaatual.com.br

400 Joules aumenta de 10C a temperatura do café contido em uma caneca.

400 000 Joules aumenta de 10C a temperatura do café contido em 1000 canecas.

Vamos elevar a temperatura de uma caneca de café da temperatura ambiente para 100 0C. Depois vamos aumentar a temperatura de 1000 canecas de café da temperatura ambiente para 100 0C. No final a temperatura será a mesma, mas a quantidade de energia necessária é muito diferente. 1000 canecas de café a uma temperatura de 100 0C apresentam muito mais energia que 1 caneca de café a 100 0C. . Dois corpos podem apresentar a mesma temperatura e possuírem energias internas diferentes

www.fisicaatual.com.br

A transferência de energia cessa quando os dois corpos ficam à mesma temperatura

Nesta situação os dois corpos encontram-se em Equilíbrio Térmico

HAVERÁ TRANSFERÊNCIA DE ENERGIA:

CALOR CALOR

www.fisicaatual.com.br

T1 T2

T1 > T2

T1 T2 T3 T3

Energia que flui corpo de maior temperatura para o corpo de menor temperatura = calor

Equilíbrio

térmico

Calor é a forma macroscópica na qual a energia passa de um sistema físico para outro devido unicamente a uma diferença de temperatura.

Calor é a energia térmica em trânsito, entre dois corpos ou sistemas, decorrente apenas da existência de uma diferença de temperatura entre eles.

www.fisicaatual.com.br

LEI ZERO DA TERMODINÂMICA LEI ZERO DA TERMODINÂMICA

Se dois corpos, A e C estiverem, separadamente em equilíbrio térmico com um terceiro corpo, B, então estarão em equilíbrio térmico entre si.

www.fisicaatual.com.br

O EQUIVALENTE MECÂNICO DO CALOR O EQUIVALENTE MECÂNICO DO CALORNo princípio do século XIX, um físico inglês, chamado James Prescott Joule,

estabeleceu a relação precisa entre calor e energia mecânica. Joule utilizou uma roda com paletas ( que estavam dentro de um cilindro com água), conectadas a um conjunto de polias, com pesos nas suas extremidades.

Quando os pesos caem, as paletas giram. O giro das paletas faz com que a temperatura da água aumente.Com essa experiência Joule determinou que o equivalente mecânico do calor é: 1 cal = 4,186 J1 caloria é a quantidade de energia que se deve fornecer a 1 grama de água para elevar sua temperatura de 14,5 0C para 15,5 0C. www.fisicaatual.com.

br

PROPAGAÇÃO DO CALOR PROPAGAÇÃO DO CALOR

Mecanismos de transmissão de calor

CONDUÇÃO: transferência de energia de uma porção de matéria à matéria adjacente por contato direto, sem troca, mistura ou fluxo de qualquer material.

CONVECÇÃO: transferência de energia mediante a mistura de diferentes partes do material: se produz misturando e trocando matéria.

RADIAÇÃO: transferência de energia através de ondas eletromagnéticas, emitidas por corpos de alta temperatura e absorvidas por corpos de baixa temperatura.

www.fisicaatual.com.br

CONDUÇÃOCONDUÇÃO

É o mecanismo de propagação de calor que predomina em sólidos.

http://www.gcsescience.com/pen5.htm

CALOR

Quando a extremidade da esquerda é aquecida, as partículas dessa região passam a vibrar mais. Chocando-se com as partículas vizinhas; o aumento de vibração é transmitido para todo o corpo.

Como o metal é melhor condutor de calor que a madeira, ao tocarmos o metal perderemos mais calor que ao tocarmos a madeira. Assim, o metal dá a sensação de ser mais “frio” que a madeira.

www.fisicaatual.com.br

CONVECÇÃOCONVECÇÃO

É o mecanismo de propagar calor que predomina em líquidos e gases.

É um fenômeno de transporte de matéria e energia que tem sua origem na diferença de densidades. Quando um líquido ou um gás é aquecido ele aumenta de volume e sua densidade diminui. Se uma camada de material mais fria e mais densa se encontra acima do material quente, o material quente sobe e o material frio desce para ser aquecido.

Água quente sobe

Água fria desce

CALORCORRENTES DE CONVECÇÃO

www.fisicaatual.com.br

A convecção ajuda a aquecer casas e esfriar motores de carro.

água quente

radiador

friamistura fria

Ar

mistura quente

www.fisicaatual.com.br

Perto da orla costeira, a convecção é responsável pela brisa do mar. Como o calor específico da areia é menor que o calor específico da água, durante o dia, a areia fica muito mais quente que o oceano. A brisa do mar é criada quando o ar quente sobre a terra se eleva devido à convecção e é substituído por um ar mais frio do oceano. De noite, a areia e o oceano perdem calor, mas a areia esfria mais que o oceano. O oceano fica mais quente e uma brisa terrestre ocorre.

www.fisicaatual.com.br

RADIAÇÃO

RADIAÇÃOÉ o mecanismo de propagar calor através de ondas eletromagnéticas que

ocorre mesmo no vácuo.

www.fisicaatual.com.br

GARRAFA TÉRMICAGARRAFA TÉRMICA

O vácuo diminui as trocas de calor por condução e convecção. As paredes espelhadas diminuem a as trocas de calor por radiação.

www.fisicaatual.com.br

CAPACIDADE TÉRMICA (C)

1 kg água

2 kg água

Quantidades diferentes de água, recebendo a mesma quantidade de calor, sofrem variações de temperaturas diferentes. Seria necessário fornecer duas vezes mais calor a 2 kg de água para causar a mesma variação de temperatura que foi causada em 1 kg de água.

A capacidade térmica (C) de um corpo mede a quantidade de calor que deve ser fornecida ou retirada do corpo para causar uma certa variação de temperatura:

t

QC

onde: ΔQ = quantidade de calor dada ou retirada.Δ t = variação de temperatura

Unidade: cal/0C

www.fisicaatual.com.br

1 kg água

2 kg água

Se quisermos causar em 2 kg de água a mesma variação de temperatura causada em 1 kg, devemos fornecer (ou retirar) duas vezes mais calor. Logo, a capacidade térmica de 2 kg de água é o dobro da de 1 kg.

A grandeza capacidade térmica não é característica da substância. Quanto maior a quantidade de uma certa substância, maior sua capacidade térmica

Quanto maior a capacidade térmica de um corpo, mais calor é necessário fornecer ou retirar do corpo para aumentar ou diminuir sua temperatura.

www.fisicaatual.com.br

CALOR ESPECÍFICO (c)CALOR ESPECÍFICO (c)

1 kg água 2 kg água

A capacidade térmica de 2 kg de água (m2) é o dobro da capacidade térmica de 1 kg de água (m1):

C 2 = 2.C1

e m2 = 2.m11

1

2

2

m

C

m

C

O quociente entre a capacidade térmica de um corpo e a massa do corpo é típico da substância que constitui o corpo. Esse quociente é chamado de calor específico do corpo (c):

m

Cc

m

t/Qc

t.m

Qc

Unidade: cal/g.0C

www.fisicaatual.com.br

O calor específico de uma substância é a quantidade de calor necessária para aumentar de 1 0Celsius a temperatura de 1 g da substância.

1 g

20° C 21° C

calor específico

O calor específico é típico da substância. Quanto maior o calor específico da substância, mais calor é necessário fornecer para aumentar a temperatura ou mais calor é necessário retirar para diminuir a temperatura.

www.fisicaatual.com.br

A temperatura do ouro sobe rapidamente, em comparação com a água porque seu calor específico é menor do que o calor específico da água

MATERIAL c (J/kg 0C)

AR 1,006

ÁGUA 4,184

ALUMÍNIO 900

FERRO 470

PRATA 235

PETRÓLEO 1900

CONCRETO 880

VIDRO 800

OURO 129

MADEIRA 2500

www.fisicaatual.com.br

recebe 4J de calor

1 g de água a 10 0C

Temperatura aumenta 11 0C

1 g de ouro a 10 0C

recebe 4J de calor

Temperatura aumenta 41 0C

O calor específico da água é maior que o do ouro. É necessário fornecer mais calor à água para que ela sofra a mesma variação de temperatura que o ouro.

O calor específico da água é maior que o do ouro. É necessário fornecer mais calor à água para que ela sofra a mesma variação de temperatura que o ouro.

Moléculas da água apresentam ligações fortes uma com as outras. Os metais apresentam ligações mais fracas. É necessário mais energia para quebrar as ligações entre as moléculas da água.

Por que a água tem calor específico maior que os metais?Por que a água tem calor específico maior que os metais?

ÁGUAMETAL

Vamos fornecer 1 cal de calor a 1g de prata e a 1 grama de alumínio.

A prata aquece mais.

PRATAátomos mais pesados , menos átomos por grama

ALUMÍNIOátomos mais leves , mais átomos por grama

Prata

energia é espalhada para menos átomos

mais energia por átomo

maior aumento de temperatura

Alumínio

energia é espalhada para mais átomos

menos energia por átomo

menor aumento de temperatura

O calor específico do alumínio é maior que o da prata porque o alumínio tem mais átomos por grama que a prata.

t.m

Qc

ΔQ = m.c. ΔtΔQ = m.c. Δt

Quantidade de calor sensível

Quando a quantidade de calor provocar mudança de temperatura, ela é chamada de quantidade de calor sensível. Se o corpo recebe calor: ΔQ > 0. Se o corpo cede calor: ΔQ < 0.

Quando a quantidade de calor provocar mudança de temperatura, ela é chamada de quantidade de calor sensível. Se o corpo recebe calor: ΔQ > 0. Se o corpo cede calor: ΔQ < 0.

www.fisicaatual.com.brQuantidade de Calor

Sensível