08-05-2015
04/05/2015
Sumário
Do Sol ao “Aquecimento” – Unidade temática 1
• Mudanças de estado físico.
• Variação de entalpia.
• Atividade Prático-Laboratorial APL 1.4 – Balanço energético num sistema
termodinâmico.
• Resolução de exercícios: Aplicações (continuação).
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Do Sol ao aquecimento
A energia no aquecimento/arrefecimento de
sistemas
Mudanças de estado físico
 Recordemos as mudanças de estado físico:
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Do Sol ao aquecimento
A energia no aquecimento/arrefecimento de
sistemas
Mudanças de estado físico
 Quando um sistema, a pressão constante, está a sofrer uma mudança de estado
físico, apesar de receber ou ceder energia como calor, a sua temperatura
mantém-se constante.
Por exemplo, aquecendo uma mistura de água e gelo
durante um certo intervalo de tempo, a temperatura
mantém-se constante, igual a 0 °C, enquanto o gelo
se funde.
A energia fornecida serve apenas para quebrar as ligações entre as moléculas de
água e não para aumentar a agitação corpuscular dessas moléculas. O sistema só
volta a aumentar a sua temperatura depois de todas as ligações estarem quebradas.
Tem de ser fornecida uma nova energia para que ele passe da fase sólida à fase
líquida.
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Do Sol ao aquecimento
A energia no aquecimento/arrefecimento de
sistemas
Variação de entalpia
 A energia recebida ou cedida por um sistema de massa m que experimenta uma
mudança de estado físico, a uma dada pressão e a uma dada temperatura, é
quantificada através da expressão:
E = m DH
DH = Variação de Entalpia
A Variação de Entalpia é a quantidade de energia necessária para uma
unidade de massa mudar de estado físico sem variar sua temperatura.
(SI) J kg-1
Unidade
(prática) cal g-1
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Do Sol ao aquecimento
A energia no aquecimento/arrefecimento de
sistemas
Variação de entalpia
Se DH > 0 – absorve calor durante a mudança
Se DH < 0 – cede calor durante a mudança
80,0 cal
1g
1ggelo
H2O
DH = 80,0 cal g-1
DH = 334,9 J g-1 ou DH = 334,9 x 103 J kg-1
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Do Sol ao aquecimento
A energia no aquecimento/arrefecimento de
sistemas
Balanço energético num sistema termodinâmico
Problema:
Considere o gráfico seguinte que mostra
a variação de temperatura de um cubo
de gelo de 20 g quando recebe (de
forma constante) energia sob a forma de
calor.
Determine a quantidade de calor que é
necessário fornecer ao cubo de gelo,
inicialmente a -10 ⁰C, para o transformar
em água líquida à temperatura de 50 ⁰C.
(Nota: Suponha o sistema isolado).
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A energia no aquecimento/arrefecimento de
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Do Sol ao aquecimento
Balanço energético num sistema termodinâmico
Resolução:
Pela análise do gráfico da figura,
identificam-se três situações:
1. Aquecimento do cubo de gelo de -10 ⁰C
a 0 ⁰C.
2. Mudança de estado físico (sólido para
líquido) a temperatura constante.
3. Aquecimento da água resultante da
fusão do gelo de 0 ⁰C para 50 ⁰C.
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A energia no aquecimento/arrefecimento de
sistemas
Do Sol ao aquecimento
Balanço energético num sistema termodinâmico
Como o sistema se considera isolado, o calor pretendido será a soma do calor trocado
em cada uma das situações, ou seja:
Qtotal = Q1 + Q2 + Q3
Qtotal = mgelo x cgelo x Dgelo + mgelo x DHgelo + mágua x cágua x Dágua
Qtotal = 20
x
10-3 x 2,09
x 103
x [0 – (-10)] + 20 x 10-3 x 334,9
x 103
+ 20 x 10-3 x 4,186
x
103 x (50-0)
Qtotal = 1,13 x 104 J
Capacidades térmicas mássicas e variação de entalpia
cgelo= 2,09 x 103 J kg-1 k-1
cágua= 4,186 x 103 J kg-1 k-1
DHgelo= 334,9 x 103 J kg-1
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Do Sol ao aquecimento
A energia no aquecimento/arrefecimento de
sistemas
Tabela com alguns valores da Variação de Entalpia de fusão e vaporização
para algumas substâncias
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Do Sol ao aquecimento
A energia no aquecimento/arrefecimento de
sistemas
Problema TPC
Para arrefecer um copo de água (250 mL) à
temperatura ambiente (20 ⁰C), será mais
eficaz colocar nele água a 0 ⁰C ou uma massa
igual de gelo (20 g) à mesma temperatura?
Qual é a temperatura final da água nas duas
situações, após ter fundido toda a massa de
gelo utilizada?
Nota: admita que o sistema é isolado, i é, não
há perdas de energia.
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TPC
• Exercícios que ficarem por fazer da APSA Aplicações pág. 91.
– Mudanças de estado físico
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