A Medida do Calor - Calorimetria

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

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Profa. Vera Rubbioli – [email protected]

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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

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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.

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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

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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

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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.

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aculada

ENTENDENDO AS BRISAS MARINHAS

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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

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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

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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:

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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

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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.

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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.

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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

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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

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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

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aculada

CALORÍMETRO Calorímetro: Equipamento termicamente isolado do

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

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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

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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

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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

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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?

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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, ...”

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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

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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;


aculada

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ANEXO1. Figura do Exercício de Calor Específico

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aculadaTIRINHA DO EXEMPLO ANTERIOR volta

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