Física – 2º ano – Ensino Médio – E. E. E. M. Demétrio Ribeiro – 2015
CALORIMETRIA
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Parte da termologia que estuda a quantidade de calor trocada (recebida ou perdida) por um
corpo ou sistema.
Calor (Q): forma de energia em trânsito, que se transfere de um corpo de maior temperatura
para um corpo de menor temperatura.
Física – 2º ano – Ensino Médio – E. E. E. M. Demétrio Ribeiro – 2015
⟹ Diferentes blocos de chumbo têm o mesmo calor específico, pois são de mesma substância.
⟹ Se tivermos a mesma massa de água e óleo, e fornecermos a mesma quantidade de calor
para cada uma, as duas substâncias não “esquentarão” no mesmo tempo, pois água e óleo apresentam
calores específicos diferentes.
A tabela abaixo traz o calor específico de algumas substâncias:
Quando um corpo ou sistema recebe ou cede calor, provocando apenas a variação de
temperatura do mesmo, denominamos o calor como calor sensível e quando a troca de calor
provoca uma mudança de estado físico, chamamos o calor de calor latente.
*
Unidades: como o calor é uma forma de energia, sua unidade no Sistema Internacional (SI) é o
joule (J), mas é comum usarmos outra unidade de calor, a caloria (cal), que tem a seguinte
equivalência com o joule:
1 cal ≅ 4,2 J
ou
1 k cal ≅ 4,2 kJ
1 kJ = 1000 J = 103 J
1 kcal = 1000 cal = 103 cal
*mistura
Por definição, uma caloria é a quantidade de calor necessária para elevar, em 1 °C, um grama de
Equação Fundamental da Calorimetria
água.
Sabendo que:
Capacidade térmica (C)
É a quantidade de calor necessário para variar em 1 °C a temperatura de um corpo.
=
Onde:
∆
. ∆
C = capacidade térmica (cal/°C ou J/°C ou J/K)
∆Q = variação da quantidade de calor (cal ou J)
∆θ = variação de temperatura (°C ou K)
m = massa (g)
c = calor específico (cal/g °C ou J/g °C)
A quantidade de calor sensível recebida ou cedida por um corpo, em função da variação de
temperatura, pode ser expressa da seguinte forma:
A capacidade térmica C é uma característica que depende do corpo e não depende da
substância. Por exemplo:
⟹ Diferentes blocos de chumbo têm diferentes capacidades térmicas, apesar de serem de
mesma substância (chumbo);
⟹ Ao fornecermos a mesma quantidade de calor para recipientes contendo 1 L de água e 2 L
de água, inicialmente a mesma temperatura, obteremos variações de temperatura diferentes, pois
para agitar as moléculas de 2 L de água, será necessária muito mais energia do que para agitar as
moléculas de 1 L de água.
Calor específico (c)
É a quantidade de calor necessário para que um grama de uma substância específica varie a sua
temperatura em 1°C.
∆
9 . ∆
substituindo a primeira equação na segunda:
∆
. ∆
então
∆ . . ∆
Podemos escrever o calor específico em termos da capacidade térmica, ou seja:
Onde:
c = calor específico (cal/g °C ou J/g °C)
C = capacidade térmica
m = massa
O calor específico c é uma propriedade específica de cada substância, assim, cada substância
tem seu calor específico. Por exemplo:
Prof. Thales Fagundes Machado
..∆
Onde
Q = quantidade de calor
c = calor específico
m = massa
∆θ = variação de temperatura
Princípio Fundamental da Calorimetria
Se vários corpos, no interior de um recipiente isolado termicamente, trocam calor, os de maior
temperatura cedem calor aos de menor temperatura, até que se estabeleça o equilíbrio térmico.
A soma algébrica dos calores trocados é igual a zero:
: ; < ; = ; … ; ? @
Exemplo: Quando colocamos água quente em um recipiente, a água perde calor (Q<O) e o
recipiente ganha calor (Q>0) até que a água e o recipiente fiquem com a mesma temperatura, isto é,
até que atinjam o equilíbrio térmico.
Observação:
Ceder/perder calor (Q<0) – processo exotérmico
Receber/ganhar calor (Q>O) – processo endotérmico
Prof. Thales Fagundes Machado
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Estados Físicos da Matéria
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Aquecendo-se a água contida num recipiente, ela pode transformar-se em vapor. Se for
resfriada, pode transformar-se me gelo. Esses modos ou formas diferentes de uma substância se
apresentar denominam-se estados físicos ou fases da matéria.
A matéria pode se apresentar em três estados distintos: sólido, líquido e gasoso.
Mudanças de Estado Físico
Quando a temperatura de um sólido aumenta suficientemente, a energia cinética de suas
moléculas aumenta tanto que vence as forças de atração e faz com que essas moléculas abandonem as
posições fixas que ocupavam, fazendo com que o sólido passe para o estado líquido.
Continuando a aumentar a temperatura dessa substância, a agitação das moléculas aumenta
até vencer totalmente as forças de atração, e as moléculas passam a se mover com grande facilidade,
isto é, a substância atinge o estado gasoso.
Se diminuirmos a temperatura, os fenômenos se produzem no sentido inverso, isto é, a agitação
das moléculas diminui e a substância passa do estado gasoso a líquido e deste ao estado sólido.
Uma substância pode passar de um estado para outro através do recebimento ou
fornecimento de calor. Essas mudanças de estado físico podem ser observadas no esquema abaixo:
As mudanças de estado físico de uma substância qualquer podem ser representadas
graficamente, basta conhecermos o seu ponto de fusão e de ebulição.
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Calor Latente
O calor necessário para mudar o estado físico de uma substância é maior do que aquele que
provoca apenas a variação de temperatura (calor sensível), pois é necessário romper as forças de
atração que mantem as moléculas unidas. Por exemplo:
⟹ Para passar da fase líquida para a fase sólida, um grama de água precisa perder 80 cal. Do
mesmo modo, para derreter, um grama de gelo precisa ganhar 80 cal.
Note que 80 cal representam a quantidade de calor que um grama de água ganha ou perde
quando se derrete ou se congela, estando a 0 °C.
⟹ Se a água está a 100 °C cada grama precisa de 540 cal para passar à fase gasosa, e cada
grama de vapor precisa perder 540 cal para passar à fase líquida.
Outras substâncias também possuem valores fixos de quantidade de calor que um grama de
substância precisa ganhar ou perder para mudar de uma fase para outra. Essa quantidade de calor é
denominada calor latente (unidade: cal/g) e é indicado pela letra L. O calor latente provoca
unicamente uma mudança de fase do corpo, sem alterar sua temperatura.
Usaremos a notação:
Lf = calor latente de fusão
Lv = calor latente de vaporização
Ls = calor latente de solidificação
Lc = calor latente de condensação
L > 0 – absorve calor durante a mudança
L < 0 – cede calor durante a mudança
Temos para a água os seguintes valores de calor latente, por exemplo:
Calor latente de fusão do gelo (a 0°C)
Lf = 80 cal/g
Calor latente de solidificação da água (a 0°C)
Ls = - 80 cal/g
Calor latente de vaporização da água (a 100°C)
Lv = 540 cal/g
Calor latente de condensação do vapor (a 100°C)
Lc = - 540 cal/g
A tabela abaixo traz o calor latente (L) de algumas substâncias:
A quantidade de calor latente recebida ou cedida por um corpo pode ser calculada através da
seguinte equação:
.C
Onde
Q = quantidade de calor (cal)
m = massa (g)
L = calor latente (cal/g)
Como podemos observar no gráfico, a temperatura permanece constante durante as
mudanças de estado físico.
Prof. Thales Fagundes Machado
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