Transcript S2C4

A
MEDIDA
CALORIMETRIA
DO
CALOR
-
Livro texto:
RAMALHO JR. F. e outros. Os Fundamentos da Física.
v.2. 10ª ed. São Paulo: Ed. Moderna, 2009.
Profa. Vera Rubbioli – [email protected]
CALOR – ENERGIA TÉRMICA EM TRANSITO
Instituto Educacional Imaculada
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.
2
1 cal = 4,1868 J
1 kcal = 1.000 cal
CALOR SENSÍVEL E CALOR LATENTE

O calor pode ser classificado de acordo com os
efeitos produzidos:
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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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QUANTIDADE DE CALOR SENSÍVEL. EQUAÇÃO
FUNDAMENTAL DA CALORIMETRIA

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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.
QS
C
Dq
unid(QS ) J
unid(C) 
 (SI)
unid( Dq) K
unidade prática: cal/oC
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CALOR 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.

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C
c
m
unid(c ) 

unid(C)
J/K
 unid(c ) 
 unid(c )  J /(kg.K ) (SI)
unid(m)
kg
Unidade usual: cal/goC
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TABELA DE
ESPECÍFICOS
VALORES
DE
Calor Específico
Calor Específico
Substância
Mercúrio
Prata
0,0564
236
Cobre
0,0923
386
Alumínio
0,2150
900
Bronze (*)
0,092
380
Granito
0,190
790
Vidro
0,200
840
Gelo (-10oC)
0,530
2220
0,0305
128
Tungstênio
0,0321
134
Líquidos
Sólidos Elementares
Chumbo
Outros Sólidos
cal/g.oC J/kg.K
cal/g.oC J/kg.K
0,033
140
Álcool etílico
0,580
2430
Água do mar
0,930
3900
Água
1,000
4190
(*) Liga cuja base são o cobre e o
estanho, podendo conter outros
elementos:
zinco,
alumínio,
antimônio, níquel, fósforo e chumbo.
Fonte:
HALLIDAY, David et al. Fundamentos
da Física – Gravitação, Ondas e
Termodinâmica – Vol. 2. 7ª ed. Rio de
Janeiro: LTC Editora, 2005.
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Instituto Educacional Imaculada
Substância
CALORES
ENTENDENDO AS BRISAS MARINHAS
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EQUAÇÃO FUNDAMENTAL DA CALORIMETRIA
Quantidade de calor sensível
QS
QS
C
D
q
c  c 
c 
 QS  m.c.Dq
m
m
m.Dq

Convenção de sinais:
QS  m  c  Dq
()  ()  ()  ()
( )  (  )  (  )  ( )
QS>0  calor recebido  aumento de temperatura
QS<0  calor cedido  diminuição de temperatura
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
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DIAGRAMA q x QS

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A temperatura qf é uma função da quantidade de
calor sensível QS trocada.
QS  m.c.Dq  QS  m.c.(q f  qi )  QS  m.c.q f  m.c.qi 
qf 
QS  m.c.qi
Q
1
 q f  S  qi  q f  (
).QS  qi 

 
m.c
m.c
m
.
c
 x
y
b
a
y  a.x  b

Logo, o diagrama q x QS é uma reta inclinada.
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EXEMPLO
a) a água.
d) o leite.
b) o petróleo.
e) o mercúrio.
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(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,
suficiente apenas para
Líquido
Calor Específico (J/goC)
aquecê-lo, mas sem
Água
4,19
alcançar seu ponto de
Petróleo
2,09
ebulição, aquele que
Glicerina
2,43
apresentará temperatura
mais alta, após o
Leite
3,93
aquecimento, será:
Mercúrio
0,14
10
c) a glicerina.
Resposta: E
EXEMPLO
Resposta: C
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(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.
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EXERCÍCIO RESOLVIDO R.20 – PÁG. 69
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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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EXERCÍCIO RESOLVIDO R.22 – PÁG. 69

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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 capacidade
térmica do corpo e
o calor específico
que o constitui.
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REVISÃO: POTÊNCIA

F
Pm 
Dt
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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)

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FLUXO DE CALOR

Define-se como fluxo de calor a razão entre o calor
trocado e o intervalo de tempo utilizado na troca.
Q
Dt
Unidades: J/s = W = watt (SI)
 Outras unidades: cal/s, kcal/s, cal/min

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m 
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ORIENTAÇÃO PARA ESTUDO
Ler as seções 4.1 e 4.2 – pág. 64 a 68
 Resolver os Exercícios Resolvidos:


Resolver os Exercícios Propostos:


R. 21 e R.22 da pág. 69;
P.53 e P.55 da pág. 70
Resolver o Teste Proposto:

T.78 da pág. 77
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
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CALORÍMETRO

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Calorímetro: Equipamento termicamente isolado do
meio externo em que são colocados os corpos que
trocam calor.
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PRINCÍPIO DAS TROCAS DE CALOR

QA Q
QB00
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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.
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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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EXERCÍCIO PROPOSTO P. 56 – PÁG. 74
Q  0
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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:
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EXERCÍCIO PROPOSTO P.58 – PÁG. 74
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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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EQUIVALENTE EM ÁGUA DE UM CALORÍMETRO
“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:
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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 cujo equivalente em água é 5,0 g, ...”
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EXEMPLO
Resposta: C
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(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) 200
b) 400
c) 600
d) 800
e) 1000
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ORIENTAÇÃO PARA ESTUDO
Ler a seção 4.3 – pág. 71 e 72;
 Resolver os Exercícios Resolvidos:


Resolver os Exercícios Propostos:


P.57 e do P.59 ao P.61 da pág. 74;
Resolver o Exercício Proposto de Recapitulação:


do R. 23 e R.25 das pág. 72 e 73;
P.69 da pág. 75;
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
Resolver o Teste Proposto:

T.82 da pág. 78;
24
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1.
Figura do Exercício de Calor Específico
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ANEXO
TIRINHA DO EXEMPLO ANTERIOR
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