Introdução à Termologia Calor Sensível Trocas de Calor.

Apresentação em tema: "Introdução à Termologia Calor Sensível Trocas de Calor."— Transcrição da apresentação:

1 Introdução à Termologia Calor Sensível Trocas de Calor.
ROTEIRO R01 Introdução à Termologia Calor Sensível Trocas de Calor. Na página 23 de seu livro Conexões Com A Física (Volume 2) há um “box” chamado “convite à reflexão”. No texto, há uma série de questões que serão discutidas no decorrer dos próximos roteiros. CALOR e TEMPERATURA “Sabemos que um corpo é constituído de partículas em constante movimentação. A essa agitação das partículas se associa uma energia cinética média, que recebe o nome de energia térmica. Quanto maior a temperatura de um corpo, maior a agitação de suas partículas e, portanto, maior sua energia térmica.” “Quando dois corpos com temperaturas diferentes são colocados em contato, a energia térmica transfere-se espontaneamente do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura. Essa energia térmica em trânsito, provocada por uma diferença de temperatura, é denominada calor.” EQUILÍBRIO TÉRMICO Dois corpos estão em equilíbrio térmico quando têm a mesma temperatura. Se dois corpos estão em equilíbrio térmico com um terceiro corpo, então esses corpos estão em equilíbrio térmico entre si.

2 02 EXERCÍCIO DE APLICAÇÃO:
01. Sobre o conceito de calor, pode-se afirmar que se trata de uma: a) medida da temperatura do sistema. b) forma de energia em trânsito. c) substância fluida. d) quantidade relacionada com o atrito. e) energia que os corpos possuem. 02. Calor é: a) a energia contida em um corpo. b) a energia que se transfere de um corpo para outro, quando existe uma diferença de temperatura entre eles. c) um fluido invisível e sem peso, que é transmitido de um corpo para outro. d) a transferência de temperatura de um corpo para outro. e) a energia que se transfere espontaneamente do corpo de menor temperatura para o de maior temperatura. 03. O fato de o calor passar de um corpo para outro deve-se: a) à quantidade de calor existente em cada um. b) à diferença de temperatura entre eles. c) à energia cinética total de suas moléculas. d) ao número de calorias existentes em cada um. e) Nada do que se afirmou acima é verdadeiro.

3 03 EXERCÍCIO DE APLICAÇÃO:
04. Assinale a frase mais correta conceitualmente: “Estou com calor.” “Vou medir a febre dele.” “O dia está quente; estou recebendo muito calor.” “O dia está frio; estou recebendo muito frio.” As alternativas c e d estão corretas. 05. Quando dois corpos de materiais diferentes estão em equilíbrio térmico, isolados do meio ambiente, pode-se afirmar que: a) o mais quente é o que possui menor massa. b) apesar do contato, suas temperaturas não variam. c) o mais quente fornece calor ao mais frio. d) o mais frio fornece calor ao mais quente. e) suas temperaturas dependem de suas densidades. 06. Quando dois corpos de tamanhos diferentes estão em contato e em equilíbrio térmico, isolados do meio ambiente: a) o corpo maior é o mais quente. b) o corpo menor é o mais quente. c) não há troca de calor entre eles. d) o maior cede calor para o menor. e) o menor cede calor para o maior.

4 04 EXERCÍCIO DE APLICAÇÃO:
07. Três corpos encostados entre si estão em equilíbrio térmico. Nessa situação: a) os três corpos apresentam-se no mesmo estado físico. b) a temperatura dos três corpos é a mesma. c) o calor contido em cada um deles é o mesmo. d) o corpo de maior massa tem mais calor que os outros dois. e) Há mais de uma proposição correta. 08. Dois corpos A e B, de massas mA e mB tais que mA > mB, estão às temperaturas qA e qB, respectivamente, com qA ≠ qB. Num dado instante, eles são postos em contato. Ao alcançarem o equilíbrio térmico, teremos para as temperaturas finais q’A e q’B: a) q’A > q’B b) q’A = q’B c) q’A < q’B d) q’A ≠ q’B 09. Se dois corpos estiverem em equilíbrio térmico com um terceiro, conclui-se que: a) os três acham-se em repouso. b) os dois corpos estão em equilíbrio térmico entre si. c) a diferença entre as temperaturas dos corpos é diferentes de zero. d) a temperatura do terceiro corpo aumenta. e) os dois corpos possuem a mesma quantidade de calor.

5 05 EXERCÍCIO DE APLICAÇÃO:
10. Um sistema A está em equilíbrio térmico com um outro B e este não está em equilíbrio térmico com um outro C. Então podemos dizer que: a) os sistemas A e C possuem a mesma quantidade de calor. b) a temperatura de A é diferente da de B. c) os sistemas A e B possuem a mesma temperatura. d) a temperatura de B é diferente da de C, mas C pode ter temperatura igual à do sistema A. e) nenhuma das afirmativas anteriores está correta. TÓPICO COMPLEMENTAR – ESCALAS TERMOMÉTRICAS O capítulo 2 de seu livro Conexões Com A Física (Volume 2 – páginas 42 à 56), contém uma vasta quantidade de informações e exercícios acerca das escalas termométricas. Procure relacionar o conteúdo do texto com os conceitos desenvolvidos no laboratório.

6 06 CALOR SENSÍVEL Q = quantidade de calor sensível m = massa
Dq = variação de temperatura c = calor específico da substância 1 cal ≈ 4,2 J cágua = 1 cal/g.oC

7 07 CAPACIDADE TÉRMICA [C]usual = cal/oC [C]S.I. = J/K
Observe que também podemos escrever a equação inicial na forma: EXERCÍCIOS DE APLICAÇÃO: 11. Um corpo de massa 50 g recebe 300 cal e sua temperatura sobe de -10 °C até 20 °C. Determine a capacidade térmica do corpo e o calor específico da substância que o constitui. 12. Um quilograma de glicerina, de calor específico 0,6 cal/g.°C, inicialmente a -30 °C, recebe cal de uma fonte. Determine a temperatura final da glicerina. 13. Uma fonte térmica fornece, em cada minuto, 20 cal. Para produzir um aquecimento de 30 ºC em 50 g de um líquido, são necessários 15 min. Determine o calor específico do líquido e a capacidade térmica dessa quantidade de líquido.

8 08 EXERCÍCIO DE APLICAÇÃO:
14. Para sofrer determinada variação de temperatura, um bloco metálico deve permanecer 3 min em presença de uma fonte de fluxo constante. A mesma massa de água, para sofrer a mesma variação de temperatura, exige 12 min em presença da fonte (calor específico da água: c = l cal/g.°C). Determine o calor específico do metal. 15. Um corpo é colocado em presença de uma fonte térmica de fluxo 2 cal/s. O gráfico do aquecimento em função do tempo, em minutos, é o apresentado. Sendo 60 g a massa do corpo, determine sua capacidade térmica e o calor específico do material que o constitui. 16. O gráfico fornece a quantidade de calor absorvida por três corpos A, B e C em função da temperatura. Calcule, para cada um dos corpos, a capacidade térmica e o calor específico das substâncias que os consti­tuem. São dadas as massas: mA = mB = 20 g e mc = 10 g.

9 09 EXERCÍCIO DE APLICAÇÃO:
17. (Fuvest-SP) Um recipiente contendo g de água à temperatura inicial de 80 ºC é posto num local onde a tem­peratura ambiente permanece sempre igual a 20 °C. Após 5 h o recipiente e a água entram em equilíbrio térmico com o meio ambiente. Durante esse período, ao final de cada hora, as seguintes temperaturas foram registradas para a água: 55 °C, 40 °C, 30 °C, 24 °C e 20 °C. Dado o calor específico da água (c = 1,0 cal/g.°C), pede-se: a) um esboço indicando valores nos eixos do gráfico da temperatura da água em função do tempo; b) em média, quantas calorias por segundo a água transferiu para o ambiente. 18. (Unicamp-SP) Em um aquário de 10 L, completamente cheio de água, encontra-se um pequeno aquecedor de 60 W. Sabendo-se que em 25 min a temperatura da água aumentou de 2 °C, pergunta-se: a) Que quantidade de energia foi absorvida pela água? b) Que fração da energia fornecida pelo aquecedor foi perdida para o exterior? (Dados: calor específico da água = l cal/g.°C; densidade da água = l kg/L; l cal = 4,0 J)

10 10 EXERCÍCIO DE APLICAÇÃO:
19. Colocam-se 500 g de ferro (c = 0,1 cal/g .°C) a 42 °C num recipiente de capacidade térmica desprezível contendo 500 g de água (c = l cal/g .°C) a 20 °C. Determine a temperatura final de equilíbrio térmico. 20. Um bloco de alumínio (c = 0,22 cal/g.°C) de massa 100 g é deixado no interior de um forno até entrar em equilí­brio térmico com ele. Logo ao ser retirado, é colocado em g de água (c = 1 cal/ g.°C) a 30 °C. A temperatura de equilíbrio térmico é 32 °C. Determine a temperatura do forno. 21. Num calorímetro cuja capacidade térmica é 5 cal/°C, inicialmente a 10 °C, são colocados 300 g de um líquido de calor específico 0,20 cal/g.°C na temperatura de 41 °C. a) A que temperatura se estabelece o equilíbrio térmico? b) Em seguida, coloca-se no calorímetro um bloco metálico de massa 500 g a 200 °C e o novo equilíbrio térmico se estabelece a 60 ºC. Qual é o calor específico do metal de que é feito o bloco? 22. (Mackenzie-SP) Um calorímetro de capacidade térmica 40 cal/°C contém 110 g de água (calor es­pecífico = l cal/g.°C) a 90 °C. Que massa de alumínio (calor específico = 0,2 cal/g.°C), a 20 °C, devemos colocar nesse calorímetro para esfriar a água a 80 °C?

11 11 EXERCÍCIO DE APLICAÇÃO:
23. (ITA-SP) Na determinação do calor específico de um metal, aqueceu-se uma amostra de 50 g desse metal a 98 °C e a amostra aquecida foi rapidamente transferida para um calorímetro de cobre bem isolado. O calor específico do cobre é 0,093 cal/g.°C e a massa de cobre no calorímetro é de 150 g. No interior do calorímetro há 200 g de água, cujo calor específico é 1,0 cal/g.°C. A temperatura do calorímetro e da água antes de receber a amostra aquecida era de 21,0 °C. Após receber a amostra, e restabelecido o equilíbrio térmico, a temperatura atingiu 24,6 °C. Determine o calor específico do metal em questão. 24. Um bloco de cobre (c = 0,095 cal/g.°C) de massa 300 g é aquecido até a temperatura de 88 °C. A seguir é co­locado em 548 g de água (c = 1,0 cal/g.°C), contidos em um calorímetro de alumínio (c = 0,22 cal/g.°C) que está à temperatura de 25 °C. O equilíbrio térmico se estabelece a 28 °C. Determine a massa do calorímetro. 25. (Vunesp) Uma zelosa "mãe de primeira viagem" precisa preparar o banho do recém-nascido, mas não tem ter­mômetro. Seu pediatra disse que a temperatura ideal para o banho é de 38 °C. Ela mora à beira-mar e acabou de ouvir, pelo rádio, que a temperatura ambiente é 32 °C. Como boa estudante de Física, resolve misturar água fervente com água à temperatura ambiente, para obter a temperatura desejada. a) Enuncie o princípio físico em que se baseia o seu procedimento. b) Suponha que ela dispõe de uma banheira com 10 litros de água à temperatura ambiente. Calcule qual é, aproximadamente, o volume de água fervente que ela deve misturar à água da banheira para obter a temperatura ideal. Admita desprezível o calor absorvido pela banheira e que a água não transborde.

12 12 RESPOSTAS

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