AULA 13

CALORIMETRIA

1- INTRODUÇÃO

Neste capítulo estudaremos o calor e suas aplicações. Veremos que ocalor pode simplesmente alterar a temperatura de um corpo, ou atémesmo mudar o seu estado físico.

2- CALOR

O calor é definido como sendo energia térmica transitando de umcorpo de maior para um corpo de menor temperatura. Esta energiatérmica é proveniente da agitação das moléculas que constituem ocorpo.

3- EQUILÍBRIO TÉRMICO

Conforme o fluxo de energia térmica passa do corpo de maior para ode menor temperatura, o corpo mais quente vai se esfriando, e o corpomais frio vai se aquecendo, até que suas temperaturas atinjam omesmo valor. Esta temperatura é denominada temperatura deequilíbrio térmico.

4- CALOR SENSÍVEL E CALOR LATENTE

Quando uma substância ao receber ou ceder calor, sofre somenteuma variação em sua temperatura, dizemos que ela recebeu ou cedeucalor sensível.

Portanto, se esta substância ao receber ou ceder calor, sofre umamudança de estado, dizemos que ela recebeu ou cedeu calor latente.Na ilustração abaixo, temos a mesma fonte fornecendo calor a doiscorpos. Note que um dos corpos sofrerá apenas um aquecimento (calorsensível), enquanto o outro corpo sofrerá uma mudança de estado(calor latente).

5- CAPACIDADE TÉRMICA OU CAPACIDADE CALORÍFICA (C)

A capacidade térmica ou calorífica de um corpo mede o calornecessário para variar de uma unidade a temperatura deste corpo.Considere um corpo a uma temperatura 1q que ao receber uma certaquantidade de calor Q, passa a ter uma temperatura 2q . A capacidadetérmica deste corpo é dada pelo quociente entre o calor Q e a variaçãode temperatura qD , sofrida pelo corpo. A capacidade térmica também édiretamente proporcional à massa e ao calor específico sensível dasubstância que constitui o corpo.

6- QUANTIDADE DE CALOR SENSÍVEL (Q)

A quantidade de calor sensível é obtida da definição da capacidadetérmica. Multiplicando a equação da capacidade térmica membro amembro pela variação de temperatura em seguida substituindo acapacidade térmica pelo produto da massa pelo calor específico sensível,temos determinada a equação fundamental da Calorimetria.

7- CALORIA

A caloria é definida como sendo a quantidade de calor necessária esuficiente para elevar de 1°C a temperatura de 1g de água pura.

8- CALOR ESPECÍFICO DA ÁGUA

Com os dados acima e aplicando a equação fundamental daCalorimetria, temos:

9- BALANÇO ENERGÉTICO

Corpos em diferentes temperaturas colocados em contato térmico emum sistema isolado vão trocar calor até que se atinja o equilíbriotérmico. Como não haverá entrada nem saída de calor deste sistema,podemos afirmar que todo calor cedido (pelos corpos de temperaturasmais altas) dentro do sistema, será também recebido (pelos corpos detemperaturas mais baixas) dentro do sistema. Quando um corpo recebecalor, sua variação de temperatura é positiva, logo, o calor recebido épositivo. Quando um corpo cede calor, sua variação de temperatura énegativa, logo, o calor cedido é negativo. Se somarmos o calor totalcedido com o calor total recebido o resultado será nulo.

10- MUDANÇAS DE ESTADO OU FASE.

Na natureza as substâncias podem se apresentar nas fases sólida,líquida e gasosa. A mudança da fase sólida para a fase líquida é a fusãoe da fase líquida para a fase sólida é a solidificação.

A mudança da fase líquida para a fase gasosa é a ebulição ouvaporização e da fase gasosa para a fase líquida é a condensação ouliquefação.

A mudança da fase sólida para a fase gasosa é a sublimação e dafase gasosa para a fase sólida também é a sublimação.

11- LEIS DAS MUDANÇAS DE ESTADO OU FASE

1ª LEI – Durante uma mudança de fase, à pressão constante, atemperatura também se mantém constante. Isto significa dizer que, porexemplo, à pressão atmosférica normal, o gelo começa a se fundir a 0°Ce durante toda a fusão a temperatura se mantém a 0°C.

2ª LEI – Cada substância pura tem a sua temperatura própria demudança de fase. Isto significa dizer que, por exemplo, à pressãoatmosférica normal, a água entra em ebulição a 100°C enquanto que oálcool entra em ebulição a 78°C.

3ª LEI – Se a pressão se altera as temperaturas de mudanças de fasetambém se alteram. Por exemplo, numa panela de pressão atemperatura de ebulição da água atinge valor maior que 100°C devidoao aumento de pressão.

12- QUANTIDADE DE CALOR LATENTE (Q)

Experimentalmente verificou-se que a quantidade de calor necessáriapara mudar a fase de uma substância era diretamente proporcional àmassa da substância. A constante de proporcionalidade foi chamada decalor específico latente e daí surgiu a relação:

13- CURVAS DE AQUECIMENTO E RESFRIAMENTO

Considere um corpo de massa m inicialmente no estado sólido e auma temperatura inferior a sua temperatura de fusão. Fornecendo calor

a este corpo , ele irá atingir a temperatura 4q , passando de sólido paraliquido e de liquido para gasoso. Nesse processo ocorreramaquecimentos (calor sensível) e mudanças de estado (calor latente). Ográfico abaixo mostra como varia a temperatura em função daquantidade de calor.

EXERCÍCIOS

1- (MACKENZIE) – um corpo de certo material, com 200g, aoreceber 1000cal aumenta sua temperatura de 10°C. Outro corpode 500g, constituído do mesmo material, terá capacidade térmicade:a) 50cal/°C b) 100cal/°C c) 150cal/°Cd) 250cal/°C e) 300cal/°C

2- (UNISA) – O gráfico representa a temperatura de umaamostra, de massa 100g, de uma substância, em função daquantidade de calor por ela absorvida. O calor específico sensíveldessa substância, em cal/g°C, é:a) 0,10 b) 0,20 c) 0,40d) 0,60 e) 0,80

3- (UNISA-SP) – Tem-se 20g de gelo a -20°C. A quantidade decalor que se deve fornecer ao gelo para que ele se transforme em20g de água a 40°C é:Dados:Calor específico sensível do gelo = 0,50cal/g°CCalor específico sensível da água = 1,0cal/g°CCalor específico latente de fusão do gelo = 80cal/ga) 1000cal b) 1200cal c) 2600cald) 3000cal e) 4800cal

4- (FUVEST-FGV-SP) – Dispõe-se de água a 80°C e gelo a 0°C.Deseja-se obter 100g de água a uma temperatura de 40°C (apóso equilíbrio), misturando água e gelo em um recipiente isolante ecom capacidade térmica desprezível. Sabe-se que o calorespecífico latente de fusão do gelo é 80cal/g e o calor específicosensível da água é 1,0cal/g°C. A massa de gelo a ser utilizada éa) 5,0g b) 12,5g c) 25gd) 33g e) 50g

5- (UELON-PR) – Em um recipiente, de paredes adiabáticas ecapacidade térmica desprezível, introduzem-se 200g de água a20°C e 80g de gelo a -20°C. Atingindo-se o equilíbrio térmico, atemperatura do sistema será:

20

80

1200

)C(°q

)cal(Q0

a) -11°Cb) 0°C, restando 40g de gelo.b) 0°C, restando apenas água.b) 0°C, restando apenas gelo.a) 11°CDados:Calor específico sensível do gelo = 0,50cal/g°CCalor específico sensível da água = 1,0cal/g°CCalor específico latente de fusão do gelo = 80cal/g

RESPOSTAS

1. ALTERNATIVA D2. ALTERNATIVA A3. ALTERNATIVA C4. ALTERNATIVA C5. ALTERNATIVA B