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A M EDIDA DO C ALOR - C ALORIMETRIA Livro texto: RAMALHO JR. F. e outros. Os Fundamentos da Física. v.2. 10ª ed. São Paulo: Ed. Moderna, 2009. Prof a.

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1 A M EDIDA DO C ALOR - C ALORIMETRIA Livro texto: RAMALHO JR. F. e outros. Os Fundamentos da Física. v.2. 10ª ed. São Paulo: Ed. Moderna, Prof a. Vera Rubbioli –

2 C ALOR – E NERGIA T ÉRMICA EM T RANSITO 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 Instituto Educacional Imaculada 1 cal = 4,1868 J 1 kcal = cal

3 C ALOR S ENSÍVEL E C ALOR L ATENTE O calor pode ser classificado de acordo com os efeitos produzidos: Calor Sensível Calor Sensível: Quando produz variação da temperatura; Calor Latente Calor Latente: Quando produz mudança de fase; Em uma substância pura e cristalina, enquanto ocorre a mudança de fase, não há variação da temperatura. 3 Instituto Educacional Imaculada

4 Q UANTIDADE DE C ALOR S ENSÍVEL. E QUAÇÃO F UNDAMENTAL DA C ALORIMETRIA Capacidade Térmica de um corpo É definida como a razão entre o calor sensível Q S fornecida ao corpo e a variação de temperatura obtida. unidade prática: cal/ o C 4 Instituto Educacional Imaculada

5 C ALOR E SPECÍFICO DE UMA S UBSTÂNCIA 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. Unidade usual: cal/g o C 5 Instituto Educacional Imaculada

6 T ABELA DE VALORES DE C ALORES E SPECÍFICOS 6 Instituto Educacional Imaculada Calor Específico Substânciacal/g. o CJ/kg.K Sólidos Elementares Chumbo0, Tungstênio0, Prata0, Cobre0, Alumínio0, Outros Sólidos Bronze (*)0, Granito0, Vidro0, Gelo (-10 o C)0, Calor Específico Substânciacal/g. o CJ/kg.K Líquidos Mercúrio0, Álcool etílico0, Água do mar0, Água1, Fonte: HALLIDAY, David et al. Fundamentos da Física – Gravitação, Ondas e Termodinâmica – Vol. 2. 7ª ed. Rio de Janeiro: LTC Editora, (*) Liga cuja base são o cobre e o estanho, podendo conter outros elementos: zinco, alumínio, antimônio, níquel, fósforo e chumbo.

7 E NTENDENDO AS BRISAS MARINHAS 7 Instituto Educacional Imaculada

8 E QUAÇÃO F UNDAMENTAL DA C ALORIMETRIA Quantidade de calor sensível Convenção de sinais: Q S >0 calor recebido aumento de temperatura Q S <0 calor cedido diminuição de temperatura 8 Instituto Educacional Imaculada

9 D IAGRAMA x Q S A temperatura f é uma função da quantidade de calor sensível Q S trocada. Logo, o diagrama x Q S é uma reta inclinada. 9 Instituto Educacional Imaculada

10 E XEMPLO (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, a) a água.d) o leite. b) o petróleo.e) o mercúrio. c) a glicerina. 10 Instituto Educacional Imaculada LíquidoCalor Específico (J/g o C) Água4,19 Petróleo2,09 Glicerina2,43 Leite3,93 Mercúrio0,14 Resposta: E suficiente apenas para aquecê-lo, mas sem alcançar seu ponto de ebulição, aquele que apresentará temperatura mais alta, após o aquecimento, será:

11 E XEMPLO (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. 11 Instituto Educacional Imaculada Resposta: C

12 E XERCÍCIO R ESOLVIDO R.20 – PÁG. 69 Um corpo de massa 200 g é constituído por uma substância de calor específico 0,4 cal/g o C. Determine: a) a quantidade de calor que o corpo deve receber para que sua temperatura varie de 5 o C para 35 o C; b) que quantidade de calor deve ceder para que sua temperatura diminua de 15 o C; c) a capacidade térmica do corpo. 12 Instituto Educacional Imaculada

13 E XERCÍCIO R ESOLVIDO R.22 – PÁG. 69 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 13 Instituto Educacional Imaculada térmica do corpo e o calor específico que o constitui.

14 R EVISÃO : P OTÊNCIA 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 ( J) 14 Instituto Educacional Imaculada

15 F LUXO DE C ALOR Define-se como fluxo de calor a razão entre o calor trocado e o intervalo de tempo utilizado na troca. Unidades: J/s = W = watt (SI) Outras unidades: cal/s, kcal/s, cal/min 15 Instituto Educacional Imaculada

16 O RIENTAÇÃO PARA ESTUDO Ler as seções 4.1 e 4.2 – pág. 64 a 68 Resolver os Exercícios Resolvidos: R. 21 e R.22 da pág. 69; Resolver os Exercícios Propostos: P.53 e P.55 da pág. 70 Resolver o Teste Proposto: T.78 da pág Instituto Educacional Imaculada

17 C ALORÍMETRO Calorímetro: Equipamento termicamente isolado do meio externo em que são colocados os corpos que trocam calor. 17

18 P RINCÍPIO DAS T ROCAS DE C ALOR é nula 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. 18 Instituto Educacional Imaculada

19 M ÉTODO PARA RESOLUÇÃO DE EXERCÍCIOS 1º Passo: Determinar quantos calores estão envolvidos no processo. Sugestão: Utilizar um diagrama Q x ou uma tabela; 2º Passo: Utilizar o Princípio das Trocas de Calor: Q = 0 19

20 E XERCÍCIO P ROPOSTO P. 56 – PÁG. 74 Colocam-se 500 g de ferro a 42 o C num recipiente de capacidade térmica desprezível contendo 500 g de água a 20 o C. Determine a temperatura final de equilíbrio térmico. O calor específico do ferro é 0,1 cal/g o C. 1º Passo:2º Passo: 20 Instituto Educacional Imaculada

21 E XERCÍCIO P ROPOSTO P.58 – PÁG. 74 Num calorímetro cuja capacidade térmica é 5,0 cal/ o C, inicialmente a 10 o C, são colocados 300 g de um líquido de calor específico 0,20 cal/g o C na temperatura de 41 o C. 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 o C e o novo equilíbrio térmico se estabelece a 60 o C. Qual é o calor específico do metal de que é feito o bloco? 21 Instituto Educacional Imaculada

22 E QUIVALENTE EM ÁGUA DE UM CALORÍMETRO 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 cuja capacidade térmica é 5,0 cal/ o C,... Uma vez que o calor específico da água é 1,0 cal/g o C, esse trecho poderia ser substituído por: Num calorímetro cujo equivalente em água é 5,0 g, Instituto Educacional Imaculada

23 E XEMPLO (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) Instituto Educacional Imaculada Resposta: C

24 O RIENTAÇÃO PARA ESTUDO Ler a seção 4.3 – pág. 71 e 72; Resolver os Exercícios Resolvidos: do R. 23 e R.25 das pág. 72 e 73; Resolver os Exercícios Propostos: P.57 e do P.59 ao P.61 da pág. 74; Resolver o Exercício Proposto de Recapitulação: P.69 da pág. 75; Resolver o Teste Proposto: T.82 da pág. 78; 24 Instituto Educacional Imaculada

25 A NEXO 1. Figura do Exercício de Calor Específico Figura do Exercício de Calor Específico Instituto Educacional Imaculada 25

26 26 Instituto Educacional Imaculada T IRINHA DO EXEMPLO ANTERIOR


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