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CALOR E MUDANÇA DE FASE O que você deve saber sobre Quando um corpo recebe calor, dois efeitos distintos podem ocorrer: se receber calor sensível, sua.

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1 CALOR E MUDANÇA DE FASE O que você deve saber sobre Quando um corpo recebe calor, dois efeitos distintos podem ocorrer: se receber calor sensível, sua temperatura aumenta e o corpo não sofre mudança de fase; se receber calor latente, a temperatura permanece constante, mas com transição de fase. Neste tópico analisamos as duas situações, além das trocas de calor com múltiplos corpos em contato nos sistemas termicamente isolados.

2 CALOR E MUDANÇA DE FASE I. Calor sensível Q: quantidade de calor m: massa do corpo C: calor específico do corpo θ: variação de temperatura

3 Capacidade térmica Quantidade de calorias necessárias para elevar a temperatura do corpo em 1 grau Celsius: Calorímetro: recipiente, protegido do meio exterior, onde ocorre a troca de calor Grandeza relevante num calorímetro: sua capacidade térmica. Num calorímetro ideal, o isolamento térmico seria perfeito (paredes adiabáticas). Calorímetro didático simples. Existem suportes para a fixação de um termômetro, de um agitador, e contatos para a passagem de corrente elétrica. SCIENCEPHOTOS/ALAMY/OTHER IMAGES CALOR E MUDANÇA DE FASE I. Calor sensível

4 II. Calor latente Quando, sob determinada pressão, um corpo atinge a temperatura de mudança de fase, cessa a variação de temperatura. A energia térmica continua a ser utilizada na reorganização molecular da substância. A temperatura só volta a mudar quando o corpo todo tiver mudado de fase. A quantidade Q de energia necessária para transformar a fase de um corpo de massa m é dada por A temperatura da água não se altera enquanto muda da fase sólida para a líquida. BOCHKAREV/SHUTTERSTOCK CALOR E MUDANÇA DE FASE Q: calor latente

5 Curvas de aquecimento Os patamares horizontais representam as transições de fase da substância. As temperaturas indicadas por PF e PE representam, respectivamente, os pontos de fusão e ebulição da substância nessa determinada pressão. II. Calor latente CALOR E MUDANÇA DE FASE

6 Diagrama de fase de uma substância típica, como o CO 2 : a curva CF sobe se deslocando para a direita. A maioria das substâncias tem comportamento semelhante. Existem outras substâncias que seguem o comportamento da água, em que a curva CF sobe invertida. III. Diagramas de fase CALOR E MUDANÇA DE FASE

7 IV. Trocas de calor Em um calorímetro, diversos corpos de substâncias diferentes a temperaturas distintas trocarão calor até atingir um novo equilíbrio térmico. Supondo desprezível a interação com o exterior do sistema: A energia Q é absorvida ou cedida pelo corpo i no interior do calorímetro. CALOR E MUDANÇA DE FASE ou, resumidamente,

8 V. Equivalente mecânico do calor Nesse experimento, idealizado por Joule, observamos a energia potencial gravitacional ser transformada em energia cinética; esta, por sua vez, será transformada em energia térmica. Esquema do aparato experimental de Joule CALOR E MUDANÇA DE FASE

9 Em notação moderna: V. Equivalente mecânico do calor A locomotiva a vapor, com as melhorias no rendimento da conversão de energia térmica em mecânica, é o símbolo da revolução nos transportes de carga e de passageiros, ocorrida na Europa em LEE TORRENS/SHUTTERSTOCK CALOR E MUDANÇA DE FASE

10 Calor sensível e calor latente Clique na imagem para ver o vídeo. CALOR E MUDANÇA DE FASE

11 (Fuvest-SP) O gráfico representa a variação da temperatura de um corpo sólido, em função do tempo, ao ser aquecido por uma fonte que libera energia a uma potência constante de 150 cal/min. Como a massa do corpo é de 100 g, o seu calor específico, em cal/g ºC, será de: a) 0,75. b) 3,75. c) 7,50. d) 0,80. e) 1,50. 2 CALOR E MUDANÇA DE FASE – NO VESTIBULAR EXERC Í CIOS ESSENCIAIS RESPOSTA: A

12 (Udesc) O gráfico a seguir representa a temperatura de uma substância, inicialmente no estado sólido, em função da quantidade de calor recebida. A massa da substância é de 50 gramas. a) O calor específico da substância no estado sólido é de 0,2 cal/g ºC. b) O calor latente de fusão da substância é de 20 cal/g. c) O calor específico da substância no estado líquido é de 0,5 cal/g ºC. d) O calor latente de vaporização da substância é de 80 cal/g. e) O calor específico da substância no estado de vapor é de 0,8 cal/g ºC. 5 EXERC Í CIOS ESSENCIAIS RESPOSTA: C CALOR E MUDANÇA DE FASE – NO VESTIBULAR

13 (UEL-PR) Para se determinar o calor específico de uma liga metálica, um bloco de massa 500 g dessa liga foi introduzido no interior de um forno a 250 ºC. Estabelecido o equilíbrio térmico, o bloco foi retirado do forno e colocado no interior de um calorímetro de capacidade térmica 80 cal/ºC, contendo 400 g de água a 20 ºC. A temperatura final de equilíbrio foi obtida a 30 ºC. Nessas condições, o calor específico da liga, em cal/g o C, vale: a) 0,044. b) 0,036. c) 0,030. d) 0,36. e) 0,40. Dado: Calor específico da água = 1,0 cal/g ºC. 7 EXERC Í CIOS ESSENCIAIS RESPOSTA: A CALOR E MUDANÇA DE FASE – NO VESTIBULAR

14 (Uesc-BA) A figura representa um arranjo experimental similar àquele utilizado por Joule para demonstrar que é necessário transformar aproximadamente 4,2 J de energia mecânica para se obter 1 cal. Deixando-se cair um corpo de peso 50,0 N, 20 vezes, de uma determinada altura, um sistema de pás entra em rotação, agitando 1,0 kg de água contida no recipiente isolado termicamente, variando a temperatura da água de 1,5 ºC. Desprezando-se os efeitos de forças dissipativas, a capacidade térmica do recipiente e sabendo-se que o corpo cai com velocidade praticamente constante e que o calor específico da água é de 1,0 cal/g ºC, é correto afirmar que a altura inicial do corpo é igual, em m, a: a) 6,3. b) 8,0. c) 10,0. d) 13,0. e) 15,0. 12 EXERC Í CIOS ESSENCIAIS RESPOSTA: A CALOR E MUDANÇA DE FASE – NO VESTIBULAR

15 (UEPB) Por ter acabado o gás de cozinha, a dona de casa utilizou um aquecedor de 200 W de potência para aquecer a água do café. Dispondo de 1 litro (1.000 g) de água que se encontrava a 22 ºC, e supondo que apenas 80% dessa potência foi usada no aquecimento da água, qual a temperatura atingida pela água após um instante de 30 min? (Adote 1 cal = 4,0 J e calor específico da água c = 1 cal/g ºC) a) 60 ºC b) 313 ºC c) 30 ºC d) 94 ºC e) 72 ºC 14 EXERC Í CIOS ESSENCIAIS RESPOSTA: D CALOR E MUDANÇA DE FASE – NO VESTIBULAR


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