Unidade 8 Calorimetria
Conceitos, definições e
Calorimetria.
CALOR
Calor é energia térmica em trânsito entre
corpos de diferentes temperaturas.
Considere dois corpos A e B em diferentes temperaturas
TA e TB, tais que a temperatura do corpo A seja maior
que a temperatura do corpo B;
Cada corpo possui energia térmica e essa energia é
transferida do corpo de maior temperatura, no caso
acima A, para para o corpo de menor temperatura (corpo
B);
A transferência da energia térmica cessa no momento
em que os dois corpos atingirem a mesma temperatura: o
EQUILÍBRIO TÉRMICO.
UNIDADES DE MEDIDAS
A unidade de calor, no SI, é o Joule (J);
Ainda se usa bastante a caloria (cal).
1cal = 4,186 J
Uma caloria (1cal) é a quantidade de calor
necessária para variar em 1ºC a temperatura de
1g de água.
Capacidade térmica e calor
específico
Suponhamos que ao fornecer certa quantidade de
calor Q a um corpo de massa m, sua temperatura
varie ∆t.
Definimos Capacidade Térmica C de um corpo como
sendo a quantidade de calor necessária por unidade
de variação da temperatura do corpo:
Q
C=
∆t
CALOR ESPECÍFICO
Quando consideramos a capacidade térmica
da unidade de massa temos o calor
específico c da substância considerada.
C
c=
m
Tabela com alguns valores de calor
específico. (p. 26)
Substância
água
álcool
alumínio
chumbo
cobre
ferro
gelo
mercúrio
prata
vidro
vapor d'água
Calor
Específico
(cal/g.oC)
1,000
0,580
0,219
0,031
0,093
0,110
0,550
0,033
0,056
0,200
0,480
O calor específico possui uma certa variação com a
temperatura. A tabela mostra um valor médio.
CALOR SENSÍVEL E CALOR
LATENTE
Quando um corpo recebe energia, esta
pode produzir variação de temperatura ou
mudança de estado.
Quando o efeito produzido é a variação de
temperatura, dizemos que o corpo
recebeu calor sensível.
Se o efeito se traduz pela mudança de
fase, o calor recebido pelo corpo é dito
calor latente.
EXEMPLO
Ao colocar no fogo uma barra de ferro,
logo verificamos que ela se aquece, isto é,
sofre uma elevação na sua temperatura.
Se, entretanto, fizermos o mesmo com um
bloco de gelo a 0 ºC, verificaremos que
ele se derrete, isto é, se transforma em
líquido, mas sua temperatura não se
modifica.
MUITO IMPORTANTE!
A capacidade térmica é uma característica
do corpo e não da substância.
Portanto, diferentes blocos de alumínio têm
diferentes capacidades térmicas, apesar de
serem da mesma substância.
Calor específico é uma característica da
substância e não do corpo.
Portanto cada substância possui o seu calor
específico.
EQUAÇÃO FUNDAMENTAL DA
CALORIMETRIA
Definimos a capacidade térmica, C, e o calor específico,
c, respectivamente, como segue:
Q
C=
∆t
C
c=
m
Isolando C na segunda equação e substituindo-o na
primeira, obtemos:
Q = m . c . ∆t
UNIDADES DE MEDIDAS
Unidades usuais
Unidades do SI
Q............cal...........................Joule (J)
m.......grama (g)................quilograma (kg)
t.......Celsius (oC)HHH..H..Kelvin (K)
c..........cal/g.oCHHHH.HH.J/kg.K
Sistema termicamente isolado
No sistema termicamente isolado representado,
certamente, a temperatura inicial de A é maior que a
temperatura inicial de B.
Por esse motivo, A doa calor para B até que seja
atingido o equilíbrio térmico entre dois corpos.
Assim, QA < 0 (cede calor) e QB > 0 (recebe calor).
Como a troca de calor ocorre somente entre os corpos
do sistema, todo o calor cedido por A é recebido por B.
Dessa forma, os módulos de QA e QB são iguais e,
consequentemente, QA + QB = 0.
E de acordo com o princípio de conservação temos:
Q1 + Q2 + Q3 + ... + Qn = 0
Exemplo de Aplicação 1
(UNIFESP) Dois corpos A e B, com massas iguais e a
temperatura tA = 50ºC e TB = 10ºC, são colocados em
contato até atingirem a temperatura em equilíbrio. O
calor específico de A é o triplo do de B. Se os dois
corpos estão isolados termicamente, a temperatura, de
equilíbrio é:
QA + QB = 0
a) 28ºC
m A .c.∆θ A + mB .c.∆θ B = 0
b) 30ºC
m.3c.(θ − 50) + m.c.(θ − 10) = 0
c) 37ºC
3mcθ − 150mc + mcθ − 10mc = 0
d) 40ºC
4mcθ − 160mc = 0
e) 45ºC
4mcθ = 160mc
4θ = 160
θ=
160
= 40º C
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Exemplo de Aplicação 2
(FATEC-SP) Um frasco contém 20g de água a 0ºC. Em
seu interior é colocado um objeto de 50g de alumínio a
80 ºC. Os calores específicos da água e do alumínio são
respectivamente, 1 cal/gºC e 0,1 cal/gºC. Supondo-se
não haver trocas de calor com o frasco e com o meio
ambiente, a temperatura de equilíbrio dessa mistura
será:
Q A + QB = 0
a) 60ºC
m A .c.∆θ A + mB .c.∆θ B = 0
b) 16ºC
20.1.(θ − 0) + 50.0,1.(θ − 80) = 0
c) 40ºC
20θ + 5θ − 400 = 0
d) 32ºC
25θ = 400
400
θ=
25
θ = 16º C
Calorímetro
Para conseguirmos, realmente, isolar um
sistema, usamos recipientes com paredes
feitas de material isolante térmico, como
isopor, madeira ou borracha.
Dessa forma, impedimos a troca de calor
entre aquilo que está dentro e fora desses
recipientes, denominados calorímetro.
Calorímetro
Calorímetro
Para um número N qualquer de corpos
com temperaturas diferentes colocados
num mesmo calorímetro, temos:
Se o calorímetro utilizado for considerado
ideal, a quantidade de calor trocada entre
as paredes internas dele e os corpos que
estão em seu interior será desprezível.
Qcalorímetro = 0
Calorímetro
Se o calorímetro utilizado for considerado
não ideal, essa quantidade de calor
deverá ser levado em consideração.
Qcalorímetro ≠ 0
Exemplo de Aplicação
QA + QB + Qcal = 0
m A .c.∆θ A + mB .c.∆θ B + 0 = 0
200.1.(22 − 20) + 50.c.(22 − 100) = 0
400 − 78.50c = 0
400 − 3900c = 0
− 3900c = −400
400
c=
3900
c = 0,102cal / g º C
Exemplos de Aplicação
QA + QB + Qcal = 0
m A .c.∆θ A + mB .c.∆θ B + Ccal .∆θ cal = 0
400.1.(θ − 10) + 500.0,05.(θ − 23,8) + 40.(θ − 10) = 0
69θ − 400 − 595 − 40 = 0
θ = 15º C
Mudança de Fase
Mudança de Fase
Mudança de Fase
Mudança de Fase
POTÊNCIA
É a grandeza que expressa a quantidade de
energia fornecida por uma fonte a cada unidade
de tempo.
É a rapidez com a qual uma certa quantidade de
energia é transformada.
Q
P=
∆t
Unidades usuais
Unidades do SI
Q..............cal...............................Joule (J)
t........minuto (min)HH.H...H..segundo (s)
PH Hcal/minHHHHH.HWatt (W) = J/s