Calor e Temperatura, Trocas de Calor Bibliografia e figuras desta aula: Fundamentos da Física, Halliday, Resnick e Walker, 8a Ed., vol 2 pág2 188-190

• Até agora aprendemos:

• O conceito de temperatura

• A lei zero da Termodinâmica (equilíbrio térmico)

• Como calibrar um termômetro

• Escalas termométricas (Celsius, Fahrenheit e Kelvin)

• Expansão térmica de sólidos e líquidos que é um dos efeitos que a variação de temperatura causa em sistemas físicos

• A partir de agora, começamos a falar de calor e sua relação com a variação de temperatura e outras formas de energia.

Na vida cotidiana

Xícara (Sistema) com chá quente em cima da mesa da cozinha (Ambiente)

Refrigerante (Sistema) gelado em cima da mesa da cozinha (Ambiente)

se o sistema perde calor,

Q<0

se o sistema recebe calor,

Q>0

Calor é a energia térmica que é transferida de um sistema a outro devido a uma diferença de temperatura

entre eles!

(James Joule: 1818-1889)

• A caloria é definida como a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de um grama de água de 14,5oC para 15,5oC

• Note que caloria (cal) não unidade do S.I.

• Conversões úteis:

1cal = 4, 186J

1kcal = 4186J

1Btu = 778ft.lb = 252cal = 1055J

Cuidado! Calor e Temperatura não são a mesma coisa! Relembrando: Calor é energia térmica que é trocada entre sistemas físicos devido à diferença de Temperatura entre eles!

Capacidade Térmica (C)

A capacidade térmica ou capacidade calorífica (C) é uma grandeza física que relaciona a quantidade de calor fornecida a um corpo com a variação de temperatura observada

A capacidade térmica caracteriza o corpo e não a substância que o constitui e é uma grandeza extensiva, ou seja, é proporcional à quantidade de material presente no corpo.

C =Q

�T[J

K]

Isto significa que dois corpos constituídos pela mesma substância, mas com massas diferentes possuem diferentes capacidades térmicas.

Calor específico (c)

O calor específico de uma substância é definido como sendo a capacidade térmica por unidade de massa, ou seja,

c =C

m

J

kg.K

�

Ou seja, o calor específico é uma propriedade particular de cada substância

Exemplo: A capacidade térmica de uma certa pedra de mármore é 749J/K. Já o calor específico do mármore (nesta pedra ou em qualquer outro objeto constituído por esta substância) vale 880 J/kg.K

Calor específico (c) e capacidade térmica (C)

Observação: Se a temperatura aumenta, �T > 0

Se a temperatura diminui, �T < 0

Podemos agrupar as duas equações anteriores C =Q

�Tc =

C

m

Enquanto um corpo/substância recebe ou perde calor, seu estado físico não sofre alterações.

Q = mc�T (J)

Calor específico molar (c’)

A capacidade térmica pelo número de mols é chamada de calor específico molar:

c0 =C

n=

mc

n= Mc

onde M=m/n é a massa molar da substância.

( J/mol.K )

Note que 1 mol de qualquer substância possui um Número de Avogadro, NA, desta substância

NA = 6, 02⇥ 1023 mol

�1

Mudança de Fase

• Quando um sistema físico qualquer sofre uma variação de temperatura ele está sujeito a sofrer uma mudança de fase.

• Durante a mudança de fase, a temperatura não varia!

• A quantidade de calor que um sistema recebe enquanto está sofrendo mudança de fase recebe o nome de calor latente e é definido como:

Q = mL (J)

L ! calor de transformacao

( J/K )

As mudanças de fase são:

Sólido Líquido Gasosofusão (LF) vaporização (LV)

condensação (-LV)solidificação (-LF)

Problemas envolvendo trocas de calor

• Em problemas envolvendo trocas de calor, em geral consideramos somente as trocas internas entre corpos dentro de um sistema físico isolado, ou seja, não há perdas para o exterior.

• Devemos identificar quais partes cedem e quais partes ganham calor.

• Devemos identificar se há ou não mudança de fase.

• Devemos considerar que a soma das quantidades de calor cedida e recebida é nula, ou seja, dentro do sistema isolado, há conservação da quantidade de calor trocada.

Qc +Qr = 0Exercícios: Faremos alguns da Lista colocada na Central do Aluno