TUTORIAL – 12B
Data:
Aluno (a):
Série: 3ª
Ensino Médio
Turma:
Equipe de Física
FÍSICA
CALORIMETRIA
Calor
Quando colocamos dois corpos com temperaturas diferentes em contato, podemos observar
que a temperatura do corpo "mais quente" diminui, e a do corpo "mais frio" aumenta, até o
momento em que ambos os corpos apresentem temperatura igual. Esta reação é causada pela
passagem de energia térmica do corpo "mais quente" para o corpo "mais frio", a transferência
de energia é o que chamamos calor.
Calor é a transferência de energia térmica entre corpos com temperaturas diferentes.
A unidade mais utilizada para o calor é caloria (cal), embora sua unidade no SI seja o joule (J).
Uma caloria equivale a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de um
grama de água pura, sob pressão normal, de 14,5°C para 15,5°C.
A relação entre a caloria e o joule é dada por:
1 cal = 4,186J
Partindo daí, podem-se fazer conversões entre as unidades usando regra de três simples.
Como 1 caloria é uma unidade pequena, utilizamos muito o seu múltiplo, a quilocaloria.
1 kcal = 10³cal
Calor sensível
É denominado calor sensível, a quantidade de calor que tem como efeito apenas a alteração
da temperatura de um corpo.
Este fenômeno é regido pela lei física conhecida como Equação Fundamental da Calorimetria,
que diz que a quantidade de calor sensível (Q) é igual ao produto de sua massa, da variação
da temperatura e de uma constante de proporcionalidade dependente da natureza de cada
corpo denominada calor específico.
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Assim:
Onde:
Q = quantidade de calor sensível (cal ou J).
c = calor específico da substância que constitui o corpo (cal/g°C ou J/kg°C).
m = massa do corpo (g ou kg).
Δθ = variação de temperatura (°C).
Quando:
Q>0: o corpo ganha calor.
Q<0: o corpo perde calor.
Calor latente
Nem toda a troca de calor existente na natureza se detém a modificar a temperatura dos
corpos. Em alguns casos há mudança de estado físico destes corpos. Neste caso, chamamos
a quantidade de calor calculada de calor latente.
A quantidade de calor latente (Q) é igual ao produto da massa do corpo (m) e de uma
constante de proporcionalidade (L).
Assim:
A constante de proporcionalidade é chamada calor latente de mudança de fase e se refere a
quantidade de calor que 1g da substância calculada necessita para mudar de uma fase para
outra.
Além de depender da natureza da substância, este valor numérico depende de cada mudança
de estado físico.
Por exemplo, para a água:
Calor latente de fusão
80cal/g
Calor latente de vaporização
540cal/g
Calor latente de solidificação
-80cal/g
Calor latente de condensação
-540cal/g
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Quando:
Q>0: o corpo funde ou vaporiza.
Q<0: o corpo solidifica ou condensa.
Curva de aquecimento
Ao estudarmos os valores de calor latente, observamos que estes não dependem da variação
de temperatura. Assim podemos elaborar um gráfico de temperatura em função da quantidade
de calor absorvida. Chamamos este gráfico de Curva de Aquecimento:
Trocas de calor
Para que o estudo de trocas de calor seja realizado com maior precisão, este é realizado
dentro de um aparelho chamado calorímetro, que consiste em um recipiente fechado incapaz
de trocar calor com o ambiente e com seu interior.
Dentro de um calorímetro, os corpos colocados trocam calor até atingir o equilíbrio térmico.
Como os corpos não trocam calor com o calorímetro e nem com o meio em que se encontram,
toda a energia térmica passa de um corpo ao outro.
Como, ao absorver calor Q>0 e ao transmitir calor Q<0, a soma de todas as energias térmicas
é nula, ou seja:
ΣQ=0
(lê-se que somatório de todas as quantidades de calor é igual a zero)
Sendo que as quantidades de calor podem ser tanto sensível como latente.
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Exemplo:
Qual a temperatura de equilíbrio entre uma bloco de alumínio de 200g à 20°C mergulhado em
um litro de água à 80°C? Dados calor específico: água=1cal/g°C e alumínio = 0,219cal/g°C.
Capacidade térmica
É a quantidade de calor que um corpo necessita receber ou ceder para que sua temperatura
varie uma unidade.
Então, pode-se expressar esta relação por:
Sua unidade usual é cal/°C.
A capacidade térmica de 1g de água é de 1cal/°C já que seu calor específico é 1cal/g.°C.
Exercícios
1. Um médico recomendou a um paciente que fizesse exercícios com uma toalha quente sobre
os ombros, a qual poderá ser aquecida, a uma mesma temperatura, embebedando-a com água
quente ou utilizando-se um ferro de passar roupa, que a manterá seca. Quando a temperatura
da toalha tiver baixado 10oC, a toalha:
a) úmida terá liberado mais calor que a seca, devido ao grande calor específico da água.
b) úmida terá liberado menos calor que a seca, devido ao pequeno calor específico da água.
c) seca terá liberado a mesma quantidade de calor que a toalha úmida.
d) seca terá liberado mais calor que a úmida, devido à grande massa específica da água.
e) seca terá liberado menos calor que a úmida, devido à pequena massa específica da água.
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2. O calor específico da água é 1 cal/g.°C (uma caloria por grama grau Celsius). Isso significa
que:
a) para se aumentar a temperatura em um grau Celsius de um grama de água, deve-se
fornecer um caloria.
b) para se diminuir a temperatura em um grau Celsius de um grama de água, deve-se fornecer
um caloria.
c) para se diminuir a temperatura em um grau Celsius de um grama de água, devem-se retirar
10 calorias.
d) para se aumentar a temperatura em um grau Celsius de um grama de água, deve-se retirar
um caloria.
3. 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 aquecê-lo,
mas sem alcançar seu ponto de ebulição,
aquele que apresentará temperatura mais alta, após o aquecimento, será:
a) a água.
b) o petróleo.
c) a glicerina
d) o leite.
e) o mercúrio.
4. Admita que o corpo humano transfira calor para o meio ambiente na razão de 2,0 kcal/min.
Se esse calor pudesse ser aproveitado para aquecer água de 20 °C até 100 °C, a quantidade
de calor transferida em 1 hora aqueceria uma quantidade de água, em kg, igual a:
Dado: calor específico da água = 1,0 kcal/kg °C
a) 1,2.
b) 1,5.
c) 1,8.
d) 2,0.
e) 2,5.
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5. Observe o diagrama adiante, que mostra a quantidade de calor Q fornecida a um corpo.
O valor de Q1 indicado no diagrama, em calorias, é:
a) 200
b) 180
c) 128
d) 116
6. Em um dia ensolarado, a potência média de um coletor
solar para aquecimento de água é de 3kW. Considerando
a taxa de aquecimento constante e o calor específico da
água igual a 4.200 J/(kg.oC), o tempo gasto para aquecer
30 kg de água de 25oC para 60oC será, em minutos de
a) 12,5
b) 15
c) 18
d) 24,5
e) 26
7. Misturando-se um litro de água a 70 °C e dois litros de água a 10°C, obtemos três litros de
água a:
a) 70 °C
b) 40 °C
c) 35 °C
d) 30 °C
e) 20 °C
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8. Para a refrigeração do motor de um automóvel, tanto se pode
usar o ar como a água. A razão entre a massa de ar e a massa de
água para proporcionar a mesma refrigeração no motor do
automóvel deverá ser igual a:
Dados: c (ar) = 0,25 cal/g°C e c (água) = 1,0 cal/g°C
a) 0,25
b) 1,0
c) 1,2
d) 2,5
e) 4,0
9. Um calorímetro de capacidade térmica 6 cal/°C contém 80 g de água
(calor específico = 1 cal/g°C) a 20°C. Ao se colocar um bloco metálico de capacidade térmica
60 cal/°C, a 100°C, no interior desse calorímetro, verificou-se que a temperatura final de
equilíbrio térmico é 50°C. A quantidade de calor perdida para o ambiente, nesse processo, foi
de:
a) 420 cal
b) 370 cal
c) 320 cal
d) 270 cal
e) 220 cal
10. Três recipientes A, B e C contêm, respectivamente, massas m, m/2 e m/4 de um mesmo
líquido. No recipiente A, o líquido encontra-se a uma temperatura T; no recipiente B, a uma
temperatura T/2; no recipiente C, a uma temperatura T/4. Os três líquidos são misturados, sem
que haja perda de calor, atingindo uma temperatura final de equilíbrio T f. Assinale a alternativa
que contém o valor correto de Tf.
a) T/2.
b) 3T/4.
c) 3T/8.
d) 5T/16.
Gabarito
1–A
2–A
3–E
4–B
5–A
6–D
7–D
8–E
9–A
10 - B
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