Quantidade de calor

DISCIPLINA: TRANSMISSÃO DE CALORANO: 2012

CURSO TÉCNICO DE PETRÓLEO E GÁS

Assunto da aula:Quantidade de Calor

Calor

Calor

É a energia TRANSFERIDA de um corpo para outro, exclusivamente devido à diferença de temperatura existente entre os corpos.

Corpo quente e corpo friocaracterísticas

Corpo Quente• Cede calor• Perde calor• Libera calor

Corpo frio• Recebe calor• Ganha calor• Absorve calor

PRINCÍPIO DA CONSERVAÇÃO DE ENERGIA• Estando os corpos isolados da influência de outros corpos, o

calor cedido pelo corpo quente é inteiramente absorvido pelo corpo frio.

A TROCA DE CALOR NÃO É INFINITA• Decorrido algum tempo, os corpos atingem o equilíbrio térmico,

isto é, suas temperaturas se igualam.

Quantidade de calor (Q)

Para avaliarmos a quantidade de calor cedida entre dois corpos, utilizamos a grandeza denominada quantidade de calor, simbolizada por Q.

Unidades de Calor

• No Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade utilizada para quantidade de calor é a unidade Joules (J)

• Por razões históricas, no entanto, usamos até hoje, outra unidade de quantidade de calor, a Caloria (cal).

Quilocaloria (kcal)Uma quilocaloria é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1 quilograma de água de 14,5ºC a 15,5ºC, sob pressão norma.

Caloria (cal)Uma caloria é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de um grama de água de 14,5ºC a 15,5º, sob pressão normal.

Múltiplo da caloria é a quilocaloria. 1 kcal 1000 cal

Caloria e joule (J)

1 cal = 4,186 J

1 J = 0,2388 cal

1 BTU = 252 cal = 1055 J

CALOR SENSÍVEL E CALOR LATENTE

Calor Sensível

Calor sensível

Calor sensível

É a quantidade de calor necessária para alterar a temperatura de um corpo.

Capacidade Térmica de um CorpoVamos idealizar uma experiência usando uma fonte de potência constante e igual a 10 cal/s.

Vamos anotar:• Tempo de aquecimento • Quantidade de calor fornecida • Variação de temperatura

Capacidade Térmica de um Corpo

Capacidade Térmica de um Corpo

Analisando, o gráfico ao lado, observamos que para cada 100 cal recebidas, a temperatura varia 8ºC. Portanto, essa relação constante entre a Quantidade de calor Q e a respectiva Variação de temperatura T é uma grandeza característica do corpo em questão, denominada Capacidade térmica.

Capacidade Térmica de um Corpo ou Capacidade Calorífica

Logo, como existe uma relação constante entre a quantidade de calor Q e a respectiva variação de temperatura é uma grandeza característica do corpo ou em questão.Onde:C – Capacidade Térmica e – Variação de TemperaturaUnidade: • Caloria por grau Celsius (cal/ºC) • Caloria por kelvin (cal/K)

Capacidade Térmica de um Corpo ou Capacidade Calorífica

Para o exemplo, a capacidade térmica do corpo será: C = 12,5 cal/ºCSignifica dizer que serão necessários acrescentar 12,5 calorias ao corpo para que sua temperatura varie 1ºC.

Conceito Final:Capacidade Térmica – é a quantidade de calor necessária para que ocorra a variação de 1ºC ou 1K na temperatura do corpo.

Calor específico

Calor específico

ProblemasFornecendo a um corpo de massa 1,0 kg uma quantidade de calor igual a 5,0 kcal, sua temperatura aumenta de 20ºC para 60º, sem, contudo, mudar o estado de agregação. Determina:]a)Sua capacidade térmicab)O calor específico da substancia de que é constituído o corpo

Resolução:Capacidade Térmica: m = 1,0 kg Q = 5,0 kcal T1 = 50ºC T2 = 60ºC

C = 0,5 kcal/ºC

Calor específico: c = =

Cálculo da Quantidade de Calor Sensível (Q)

1º) Da definição da Capacidade Térmica de um Corpo

2º) Da definição de Calor específico

Equação do calor sensível

OndeQ – quantidade de calorc – Capacidade Térmica de um corpo - diferença ou variação de temperatura

ProblemasCalcule a quantidade de calor a ser fornecida a 200 g de uma substancia para que ela se aqueça a 50ºC, sem mudança de estado. Seu calor específico é 0,80 cal/gº C.

Resolução: Q = m. c.

Sendo:M = 200 g c = 0,80 cal/gºC Q = 200 . 0,80 . 50 Q = 8.000 cal ou Q = 8,0 kcal

Agregação da matéria

Características das Formas de Agregação da matéria

Leis das Mudanças de Estado de Agregação

Leis

• As substancias possuem uma temperatura fixa de fusão e uma temperatura fixa de vaporização;

• Para uma mesma substancia a uma dada pressão, a temperatura de solidificação coincide com a de fusão, bem como a temperatura de liquefação coincide com a de vaporização.

Temperaturas de algumas substâncias

Calor Latente

• È a quantidade de calor necessária para que uma substancia sofra uma mudança de esatado físico.

Q = m. LOndeQ = quantidade de calor latente L = calor latente (cal/g) ou (kcal/kg)

ProblemasDetermine a quantidade de calor para fundir um bloco de gelo

de massa 500 g que se encontra a OºC. É dado o calor latente de

fusão do gelo 80 cal/g. A pressão é normal.

Resolução:Q = m . L

Sendo m = 500 g; Lf = 80 cal/g

Q = 500 . 80

Q = 40. 000 cal ou Q = 40 kcal

Princípio Geral das Trocas de Calor

Quando dois ou mais corpos trocam calor entre si até ser atingido o equilíbrio térmico, é nulo o somatório das quantidade de calor trocadas.

Q1 = -100 cal

Q2 = +100 cal

Q1 + Q2 = 0

ProblemasMisturamos massa iguais de água fria a 10ºC e de água quente a

90ºC. Qual a temperatura de equilíbrio térmico?

Resolução:

T =

T = 50ºC

Diagrama de fases

• O estado de uma substancia depende dos valores da sua temperatura e pressão.

• O diagrama de fases representa todas as situações possíveis para uma substância.

Diagrama de fases

O estado de uma substancia depende dos valores da sua temperatura e pressão.

O diagrama de fases representa todas as situações possíveis para uma substância

Diagrama de fases

Fase Líquida

X.

y

.

O ponto está situado na curva de vaporização (ou condensação). Isso significa que a substância poderá coexistir nas fases líquida e gasosa. Mas, também a substância pode existir somente na fase líquida ou somente na fase gasosa.

T.

A temperatura de 10ºC e a pressão de 2 atmosferas correspondem ao ponto triplo (Ponto T). Poderemos então ter a coexistência das fases sólida, líquida e gasosa. Mas, isso não quer dizer que necessariamente haja as três fases. Poderemos ter apenas uma das fases ou apenas duas fases.

S

Sob pressão de 3 atmosferas, a mudança de temperatura de 30ºC oara 50ºC corresponde à passagem do ponto R para o ponto S da figura b, isto é, corresponde a uma passagem do estado líquido para o estado de vapor. Portanto, houve uma vaporização.

. .R

Propagação do calor

• Condução

• Convecção

• Irradiação

Condução Térmica

• É a forma de transferência de calor em que a energia é transferida de partícula para partícula, através da agitação atômico-molecular.

• Essa forma de transferência de calor ocorre nos sólidos

Bons e maus condutores de calor

Bons condutoresMateriais que tem facilidade em transferir os calor. Ex: metais

Maus CondutoresMateriais que tem dificuldade em transferir calor, chamados de isolantes térmicos.Ex: lâ de vidro, isopor, etc

Lei de FourierCalcula o fluxo de calor que atravessa um material sólido plano, uma parede ou uma placa, de acordo com a capacidade de conduzir calor do material.

Onde: é o fluxo de calorK coeficiente de condutibilidade térmica do material = Variação de temperaturaL = comprimento da parede

Lei de FourierCalcula o fluxo de calor que atravessa um material sólido plano, uma parede ou uma placa, de acordo com a capacidade de conduzir calor do material.

Calcule o fluxo de calor que atravessa uma parede de 1,0 m de

comprimento e uma área de 20 , que tem em uma de suas extremidades

a temperatura de 0ºC e na outra extremidade a temperatura de 100ºC. O

coeficiente de condutibilidade térmica da parede é de 0,50cal/s.cm.ºC.

DADOS: K = 0,50 cal/s. cm. ºC, L = 1,0 m = 100 cm, A = 20

= 100 ºC – 0ºC = 100 ºC

= 10 cal/s

Convecção

É um processo de propagação de energia térmica que ocorre apenas nos fluidos, isto é nos líquidos, gases e vapores.

Correntes de convecçãoÉ o movimento das partículas que acontece por diferença de densidade entre as diversas partes do fluido, causada pela diferença de temperatura.

Assim, quando um líquido é aquecido por sua parte inferior, as partículas do fundo se tornam mais quentes, menos densas e sobem; as da parte superior, relativamente mais fria e menos densas, descem. Então, este sobe e desce de partículas formam as correntes de convecção.

Aplicações da convecção

Aplicações da convecção

Aplicações da convecçãoConvecção Forçada

Irradiação Térmica

As ondas eletromagnéticas podem se apresentar sob diversas formas:• Luz visível• Raios X• Raios ultravioletas• Raios infravermelhos• Etc.Dessas, as ondas eletromagnéticas que apresentam efeitos térmicos mais acentuados são os raios infravermelhos.

Irradiação Térmica

É a emissão de raios infravermelhos por um corpo, verificando-se que quanto maior a temperatura, maior a intensidade de energia irradiada.

Poder Emissivo (E) de um corpo é a relação entre a potência emitida e a área da superfície emitente (A).