Calorimetria I

4.841 visualizações

Publicada em

Aula sobre Calorimetria - Ensino Médio

Publicada em: Educação
0 comentários
8 gostaram
Estatísticas
Notas
  • Seja o primeiro a comentar

Sem downloads
Visualizações
Visualizações totais
4.841
No SlideShare
0
A partir de incorporações
0
Número de incorporações
86
Ações
Compartilhamentos
0
Downloads
171
Comentários
0
Gostaram
8
Incorporações 0
Nenhuma incorporação

Nenhuma nota no slide

Calorimetria I

  1. 1. Professor Marco Antonio – Abril 2015
  2. 2. Como vimos anteriormente Calor é a energia térmica em trânsito devido à diferença de temperatura existente, fluindo espontaneamente do sistema de maior para o de menor temperatura. Calorimetria
  3. 3. Para medir as quantidades de calor utilizaremos a unidade SI joule (J) ou outra, muito comum em Termologia, que é a caloria (cal) 1 caloria = 4,2 joules Calorimetria
  4. 4. Propagação do calor
  5. 5. Condução térmica A condução térmica é a propagação de calor na qual a energia (térmica) se transmite de partícula para partícula. PropagaçãodoCalor
  6. 6. Condução térmica • Nessa forma de propagação, ocorrem colisões entre as partículas (como átomos e moléculas), alterando sua agitação térmica. • Na condução, não há transporte de partículas através do corpo sólido, apenas interações entre partículas vizinhas. • A condução térmica é muito reduzida nos meios líquidos e gasosos, e naturalmente não ocorre no vácuo. Observe que: PropagaçãodoCalor
  7. 7. Condução térmica Cada material tem uma capacidade própria de conduzir calor, relacionada diretamente com o tipo de substância e a natureza das ligações que o compõem. Se a condução for nula ou bastante reduzida, o material é dito isolante térmico. Caso contrário: • bons condutores: são os metais em geral, como prata, ouro, alumínio, etc • maus condutores: gelo, água líquida, madeira, lã, etc PropagaçãodoCalor
  8. 8. Condução térmica É a propagação de calor na qual a energia (térmica) se transmite de partícula para partícula, sem transporte de energia. PropagaçãodoCalor
  9. 9. Convecção térmica A convecção térmica é a propagação de calor na qual a energia térmica se transmite mediante o transporte de matéria (correntes de convecção). PropagaçãodoCalor
  10. 10. Convecção térmica • Nessa forma de propagação, acontece o deslocamento de partículas de uma posição para outra. • Sendo assim observável somente em meios fluidos, ou seja, em meios líquidos e gasosos. Observe que: PropagaçãodoCalor
  11. 11. Convecção térmica Nas regiões próximas ao litoral, em dias normais, sopram brisas marítimas em direção ao continente durante o dia, e brisas terrestres da costa para o oceano, no decorrer da noite. PropagaçãodoCalor
  12. 12. Convecção térmica O fenômeno natural da inversão térmica é uma alteração do sentido de movimentação das correntes atmosféricas, por convecção. Quando isso ocorre sobre as grandes cidades, temos um problema sério, porque é pela convecção que são espalhados os poluentes. PropagaçãodoCalor
  13. 13. Irradiação térmica A irradiação térmica ou radiação térmica é a propaga- ção de calor na qual a energia (térmica) se transmite através de ondas eletromagnéticas. O Sol aquece a Terra por irradiação térmica PropagaçãodoCalor
  14. 14. Irradiação térmica • Nessa forma de propagação, a velocidade das ondas é extremamente elevada em vários meios materiais, como o ar, o vidro, a água, etc. • No vácuo ela também ocorre (ao contrário da condução e da convecção). • A energia radiante emitida por um corpo é propagada principalmente por raios infravermelhos; esse fato é útil no mapeamento de vegetações, sensores de presença etc. Observe que: PropagaçãodoCalor
  15. 15. Irradiação térmica PropagaçãodoCalor
  16. 16. Garrafa térmica Veja como isso acontece: • a condução é evitada pelo ar rarefeito colocado entre as paredes duplas e pela tampa isolante; • a convecção também é eliminada pelo ar rarefeito e pela tampa; • a irradiação é dificultada pelas paredes espelhadas, que refletem as radiações, tanto interna como externamente. Uma garrafa térmica é construída para impedir a troca de calor entre o conteúdo e o ambiente externo. PropagaçãodoCalor
  17. 17. Garrafa térmica Uma garrafa térmica é construída para impedir a troca de calor entre o conteúdo e o ambiente externo. PropagaçãodoCalor
  18. 18. Resumindo tudo PropagaçãodoCalor
  19. 19. Calor sensível e calor latente
  20. 20. Calor sensível Calorsensívelecalorlatente Calor sensível é o calor trocado que faz com que uma substância sofra variação tão somente de temperatura.
  21. 21. Calor latente Quando a transferência de calor provoca tão- somente a mudança de estado físico da substân- cia, mantendo-se constante a temperatura, ele será denominado calor latente. Calorsensívelecalorlatente
  22. 22. Curva de aquecimento Calorsensívelecalorlatente
  23. 23. Quantidade de calor sensível 𝑄 = 𝑚. 𝑐. ∆𝑡 Onde: • Q é a quantidade de calor recebida ou cedida • m é a massa • c é o calor específico da substância • ∆t é a variação da temperatura Observe que: • Se Q > 0 o corpo recebeu (ganhou) calor • Se Q < 0 o corpo cedeu (perdeu) calor. Calorsensívelecalorlatente
  24. 24. Capacidade térmica 𝐶 = 𝑚. 𝑐 Onde: • C é a capacidade térmica do corpo • m é a massa • c é o calor específico da substância Capacidade térmica é a quantidade de calor que um corpo necessita perder ou absorver para que sua temperatura sofra uma variação unitária (1º C). A perda ou absorção de calor é diretamente proporcional à Capacidade Térmica do corpo. Calorsensívelecalorlatente
  25. 25. Capacidade térmica Capacidade térmica é a quantidade de calor que um corpo necessita perder ou absorver para que sua temperatura sofra uma variação unitária (1º C). A perda ou absorção de calor é diretamente proporcional à Capacidade Térmica do corpo. A capacidade térmica é utilizada quando trabalhamos com objetos formados por vários materiais (não há um único calor específico) Calorsensívelecalorlatente
  26. 26. Quantidade de calor latente 𝑄 = 𝑚. 𝐿 Onde: • Q é a quantidade de calor recebida ou cedida • m é a massa • L é o calor latente de mudança de fase: o Lfusão = 80 cal/g o Lvaporização = 540 cal/g Calorsensívelecalorlatente
  27. 27. Calor sensível e calor latente Calorsensívelecalorlatente
  28. 28. Aplicação
  29. 29. Aplicação ER3. Um bloco de ferro, de massa 1 kg, é resfriado de 100°C para 20°C. Dado o calor específico do ferro igual a 0,11 cal/gºC. Calcule: a) a quantidade de calor sensível que o bloco deve ceder; b) a capacidade térmica do bloco. Calorsensívelecalorlatente
  30. 30. Aplicação ER4. O diagrama temperatura x tempo da figura re-fere- se ao que acontece quando uma barra de metal de 100 g de massa recebe calor de uma fonte de potência constante à razão de 200 cal/min. Com base nessas informações, determine: a) a quantidade de calor sensível recebida pela barra nos 5 minutos iniciais; b) o calor específico do metal. Anote ai O fluxo de calor é dado por: 𝜑 = 𝑄 ∆𝑡 Calorsensívelecalorlatente
  31. 31. Aplicação Calorsensívelecalorlatente ER5. Qual é a quantidade de calor latente necessária para fundir 1 kg de gelo, a 0 °C? O calor latente de fusão do gelo é de 80 cal/g. ER6. Qual é a quantidade de calor necessária para fundir 100 g de gelo, inicialmente a -10 °C? O calor específico do gelo é igual a 0,5cal/gC e o caloe latente de fusão do gelo é de 80 cal/g.
  32. 32. Princípio da igualdade das trocas de calor
  33. 33. Princípio da igualdade das trocas de calor Trocasdecalor Considere dois corpos, A e B, com temperaturas diferentes (ΘA > Θ B) no interior de um recipiente termicamente isolado e de capacidade térmica desprezíve. Haverá transferência de calor do corpo A para o corpo B até que os dois corpos atinjam o equilíbrio térmico.
  34. 34. Princípio da igualdade das trocas de calor Trocasdecalor Quando dois ou mais corpos trocam calor entre si, até estabelecer-se o equilíbrio térmico, é nula a soma das quantidades de calor trocas por eles. O líquido A, a 40ºC, ao ser misturado com o líquido B, a 20ºC, fornece calor a ele, de modo que a mistura dos dois tem uma temperatura de equilíbrio de 32ºC.
  35. 35. Princípio da igualdade das trocas de calor Trocasdecalor A soma algébrica das quantidades de calor trocadas entre n corpos em um sistema termicamente isolado é nula: Q1 + Q2 + Q3 + ... + Qn = 0 É importante destacar que: • Quando os recipientes trocam calor com um líquido, devemos considerar sua capacidade térmica. • Os calorímetros são recipientes termicamente isolados do ambiente externo. • Um recipiente que não admite absolutamente nenhuma troca de calor com o meio externo é dito adiabático.
  36. 36. Princípio da igualdade das trocas de calor Trocasdecalor
  37. 37. Equivalente em água Trocasdecalor Denomina-se Equivalente em água de um corpo, à massa de água que é numericamente igual à capacidade térmica desse corpo. 𝑚á𝑔𝑢𝑎 = 𝐶𝑐𝑜𝑟𝑝𝑜
  38. 38. Aplicação
  39. 39. Aplicação ER7. Uma jovem mãe coloca 200 L de água em uma piscina infantil no quintal de sua casa e verifica que a temperatura é de 20°C. Decide, então, esquentar 5 L de água até 100 °C e misturá-los com a água da piscina. Sua intenção, naturalmente, é que seus filhos possam se divertir em uma água um pouco mais quente. Será que o objetivo dessa dedicada mãe foi satisfeito a contento? Qual terá sido a temperatura de equilíbrio da mistura final de água na piscina? ER8. Em um experimento, usa-se um calorímetro de capacidade térmica igual a 100 cal/°C, contendo 500 g de água a 20 °C. Um pedaço de gelo em fusão é colocado no calorímetro, obtendo-se o equilíbrio térmico a 5 °C. Então, qual era a massa desse gelo? O calor latente de fusão do gelo é 80 cal/g e o calor específico da água é igual a 1 cal/gºC. Trocasdecalor
  40. 40. Aplicação 1. O alumínio tem calor específico igual a 0,20 cal/gºC e a água líquida, 1,0 cal/gºC. Um corpo de alumínio, de massa 10 g e à temperatura de 80ºC, é colocado em 10 g de água à temperatura de 20ºC. Considerando que só há trocas de calor entre o alumínio e a água, determine a temperatura final de equilíbrio térmico. 2. Um corpo de massa 200 g a 50ºC, feito de um material desconhecido, é mergulhado em 50 g de água líquida a 90ºC. O equilíbrio térmico se estabelece a 60 ºC. Sendo 1,0 cal/gºC o calor específico da água, e admitindo só haver trocas de calor entre o corpo e a água, determine o calor específico do material desconhecido. Trocasdecalor
  41. 41. Aplicação 3. (UFPE) Um calorímetro, de capacidade térmica desprezível, contém 100 g de água a 15 °C. Adiciona-se no interior do calorímetro uma peça de metal de 200 g, à temperatura de 95 °C. Verifica-se que a temperatura final de equilíbrio é de 20 °C. Qual o calor específico do metal, em cal/g °C? 4. No interior de um calorímetro são misturados 300 g de água a 80o C com 700 g de água a 10o C. Qual é a temperatura final da mistura? Despreze a capacidade calorífica do calorímetro. 5. (OSEC-SP) Num calorímetro, contendo 200 g de água a 10o C, coloca-se um bloco de ferro, de 500 g, a 110o C. Sendo 0,11 cal/g º C o calor específico do ferro e desprezando-se o calor absorvido pelo calorímetro, calcule a temperatura de equilíbrio do sistema. Trocasdecalor
  42. 42. Exercícios de fixação
  43. 43. Exercícios de fixação Calorimetria EP3. Por que motivo, quando você coloca sua mão dentro de um forno quente por pouco tempo, não sofre queimaduras, ao contrário do que se tocasse na parede interna de metal? EP8. Os raios infravermelhos ficam retidos dentro de uma estufa de plantas porque: a) eles não se propagam mais pelo ar quente; b) a convecção evita que eles sejam irradiados; c) o vidro dificulta a sua passagem, impedindo que saia da estufa; d) ocorre inversão térmica dentro da estufa; e) não existe vácuo no interior da estufa.
  44. 44. Exercícios de fixação EP15. Um bloco de cobre, de massa 0,1 kg, é aquecido de 5 °C para 65 °C. Dado o seu calor específico igual a 0,094 cal/gºC, calcule: a) a quantidade de calor sensível que o bloco recebe; b) a capacidade térmica desse bloco; Calorimetria EP16. O fluxo de calor refere-se a certa quantidade de calor que flui de um corpo para outro (ou da fonte para o receptor), por unidade de tempo. Se uma fonte térmica fornecer energia, sob um regime constante, igual a 500 cal/s, então poderá aquecer 1,5 kg de água, de 20 °C a 21 °C, em quanto tempo? É dado o calor específico da água: cágua = 1 cal/gºC. Despreze as eventuais perdas de calor,
  45. 45. Exercícios de fixação EP17. O diagrama a seguir refere-se ao fenômeno que ocorre com uma porção líquida de 50 g de massa. Ela cede energia térmica à razão de 150 cal/min. Com base nessas informações, obtenha: a) a quantidade de calor sensível cedida pela porção considerada, nos 2 minutos iniciais; b) o calor específico do líquido. Calorimetria
  46. 46. Exercícios de fixação EP19. Uma quantidade de 5,4 kcal de calor faz derreter 180 g de um corpo sólido constituído por determinada substância em ponto de fusão. Qual é o calor latente de fusão dessa substância, em cal/g? EP20. Que quantidade de calor é necessária para fundir 70 g de gelo, inicialmente a -20 °C? O calor específico do gelo é igual a 0,5 g cal/g °C e o calor latente de fusão do gelo é de 80 cal/g. Calorimetria
  47. 47. Exercícios de fixação EP21. O diagrama mostra a variação da temperatura em função do tempo de um sistema constituído por uma porção de água de 150 g de massa, inicialmente a 40 °C. O calor específico da água é igual a 1cal/gºC e o calor latente de vaporização é de 540cal/g. a) Quantas calorias a água recebe entre os instantes 3 e 6 minutos? b) Identifique o estado físico do sistema logo após 6 minutos. c) Qual deve ser a potência média da fonte de calor, desprezando-se as perdas para o ambiente, nos primeiros 3 minutos de aquecimento, em cal/s? Calorimetria
  48. 48. Exercícios de fixação 1- (VUNESP-SP) o calor específico de uma substância é 0,2 cal/g °C. Isso significa que, se 100 gramas dessa substância absorverem 600 calorias de energia térmica, sem mudança de estado, a sua temperatura, em °C, vai se elevar de: 2- (PUC-SP) É preciso abaixar de 3 °C a temperatura da água do caldeirão, para que o nosso amigo possa tomar banho confortavelmente. Para que isso aconteça, quanto calor deve ser retirado da água? O caldeirão contém 104 g de água e o calor específico da água é 1 cal/g oC. Calorimetria
  49. 49. Exercícios de fixação 3- Misturam-se m1 = 40 g de óleo na temperatura θ1 = 50 °C com m2 = 60 g de óleo na temperatura θ2 = 10 oC. Qual a temperatura de equilíbrio térmico? 4- Em um recipiente de capacidade térmica desprezível, são misturados 100 g de água a 80°C com 100 g de água a 40 oC. Qual a temperatura final da mistura? 5- Um calorímetro contém 70 g de água a 10 °C. Derramam-se nele 50 g de água a 50 °C e a temperatura de equilíbrio resultante é 20 °C. Determine a capacidade térmica do calorímetro. Dado: cágua. = 1,0 cal/g °C. Calorimetria
  50. 50. FIM www.netfisica.com

×