Calorimetria aula 1

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Calorimetria aula 1

  1. 1. CALORIMETRIA 01 CALORIMETRIA Unidades Usuais: C = cal/°C;Estudaremos mais a fundo a diferença entre calor e m = grama (g);temperatura, como medir o calor e como ocorre a c = cal/g.°C.transferência desse calor de um corpo para outro. Calor específico é uma característica da substância e Calor: não do corpo. Portanto cada substância possui o seu calor específico.Calor é a energia térmica em trânsito, que se Confira a tabela de alguns valores de calortransfere do corpo de maior temperatura para o específico.corpo de menor temperatura. Nessa transferênciapode ocorrer apenas uma mudança de temperatura(calor sensível) ou uma mudança de estado físico(calor latente).Unidade de medida do calor: a substância utilizadacomo padrão para definir a unidade de quantidadede calor, a caloria (cal), foi a água. Uma caloria é aquantidade de calor necessária para que 1 grama deágua pura, sob pressão normal, sofra a elevação detemperatura de 1°C. Como calor é energia,experimentalmente Joule estabeleceu o equivalentemecânico do calor: 1 cal ≅ 4,186 JQuando uma transformação ocorre sem troca de OBS: O calor específico possui certa variação com acalor, dizemos que ela é adiabática. temperatura. A tabela mostra um valor médio.Capacidade térmica e calor específico: EQUAÇÃO FUNDAMENTAL DA CALORIMETRIAsuponhamos que ao fornecer certa quantidade decalor Q a um corpo de massa m, sua temperatura Combinando os conceitos de calor específico evarie Δθ. Definimos Capacidade Térmica C de um capacidade térmica temos a equação fundamentalcorpo como sendo a quantidade de calor necessária da Calorimetria:por unidade de variação da temperatura do corpo: Q = m.c.∆θ Unidades Usuais: Q = cal; m = grama (g);Unidades Usuais: c = cal/g.°C;Q = caloria (cal); Δθ = Celsius (°C).Δθ = Celsius (°C);C = cal/°C. TROCAS DE CALORA capacidade térmica é uma característica do corpo Se vários corpos, no interior de um recipiente isoladoe não da substância. Portanto, diferentes blocos de termicamente, trocam calor, os de maior temperaturaalumínio têm diferentes capacidades térmicas, cedem calor aos de menor temperatura, até que seapesar de serem da mesma substância. Quando estabeleça o equilíbrio térmico. E de acordo com oconsideramos a capacidade térmica da unidade de princípio de conservação temos:massa temos o calor específico c da substânciaconsiderada. MUDANÇA DE ESTADO FÍSICO 1 Página Toda a matéria, dependendo da temperatura, pode se apresentar em 4 estados, sólido, líquido, gasoso e plasma. Em nosso estudo falaremos apenas dos 3 Sala de Exatas: seu sucesso é a nossa meta!
  2. 2. primeiros. As mudanças desses estados são Unidades Usuais:mostradas a seguir; Q = cal; m = grama (g); L = cal/g. FAÇA EXERCÍCIOS FÍSICOS REGULARMENTE 1. (UFRGS) Um sistema consiste de um cubo de 10 g de gelo, inicialmente à temperatura de 0 °C. Esse sistema passa a receber calor proveniente de umaFusão: Passagem do estado sólido para o líquido; fonte térmica e, ao fim de algum tempo, estáSolidificação: Passagem do estado líquido para o transformado em uma massa de 10 g de água a 20sólido; °C. Qual foi a quantidade de energia transferida aoVaporização: Passagem do estado líquido para o sistema durante a transformação?vapor pode ser de três tipos - Evaporação (processo Dados:lento), Calefação (líquido em contato com superfície calor específico da água = 4,18 J/g °C;a uma temperatura elevada) e Ebulição (formação de calor latente de fusão do gelo = 334,4 J/g.bolhas). a) 418 J. b) 836 J. c) 4,18 kJ.Liquefação (ou Condensação): Passagem do estado d) 6,77 kJ. e) 8,36 kJ.de vapor para o estado líquido.Sublimação: Passagem do estado sólido diretamente 2. (Mackenzie-SP) Sob pressão normal, uma chamapara o estado de vapor ou vice-versa. constante gasta 3 minutos para elevar a temperatura de certa massa de água (calorO gráfico a seguir ilustra a variação da temperatura específico = 1 cal/g °C) de 10 °C até 100 °C. Nessade uma substância em função do calor absorvido condição, admitido que o calor proveniente dapela mesma. Este é um gráfico muito comum em chama seja recebido integralmente pela água, oexercícios. tempo decorrido somente para a vaporização total da água será de: Dado: calor latente de vaporização da água = 540 cal/g a) 9 minutos b) 12 minutos c) 15 minutos d) 18 minutos e) 21 minutos 3. (Mackenzie-SP) Um pequeno bloco de gelo (água em estado sólido), que se encontra inicialmente a - 20 °C, é colocado rapidamente no interior de uma garrafa de capacidade térmica desprezível, que contém 250 cm3 de água pura a 18 °C. O equilíbrio térmico do sistema dá-se a 0 °C e, a estaAB - Sólido; temperatura, toda a água existente no interior daBC - Fusão; garrafa encontra-se em estado líquido. A massaCD - Líquido; deste bloco de gelo é:DE - Vaporização; Dados:EF - Vapor. calor específico da água líquida = 1,00 cal/g°CθF - temperatura de Fusão; calor específico da água sólida (gelo) = 0,50 cal/gθV - temperatura de Vaporização; °C calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g CALOR LATENTE densidade da água líquida = 1,00 g/cm3 a) 25 g. b) 50 g. c) 56,25 g.Calor Latente de mudança de estado é a quantidade d) 272 g. e) 450 g.de calor, por unidade de massa, que é necessário 4. (PUC-RS) Colocam-se 420 g de gelo a 0 °C numfornecer ou retira de um dado corpo, a dada pressão, calorímetro com água a 30 °C. Após atingida apara que ocorra a mudança de estado, sem variação temperatura de equilíbrio térmico, verifica-se quede temperatura. Matematicamente: sobraram 20 g de gelo. Sendo de 80 cal/g o calor de fusão da água, é correto afirmar que a temperatura final de equilíbrio térmico e a quantidade de calor ganho pelo gelo são, respectivamente: Dados: 2 calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g; Página calor específico da água = 1,0 cal/g °C. Sala de Exatas: seu sucesso é a nossa meta!
  3. 3. a) 30 °C e 50 kcal. b) 30 °C e 45 kcal. Dados:c) 15 °C e 40 kcal. d) 0 °C e 38 kcal. densidade da água = 1,0 g/cm3e) 0 °C e 32 kcal. calor específico da água = 1,0 cal/(g °C) calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g5. (UFPE) Uma jarra de capacidade térmica igual a calor específico do gelo = 0,5 cal/(g °C)60 cal/°C contém 300 g de água em equilíbrio a a) 0 b) 10. c) 20. d) 30. e) 40.uma determinada temperatura. Adicionam-se 36 gde gelo a 0 °C e mantém-se a jarra em um 10. (Mackenzie-SP) Num copo de capacidadeambiente isolado termicamente. Quando o sistema térmica desprezível tem-se inicialmente 170 cm3 deentra em equilíbrio, a sua temperatura final é igual água a 20 °C. Para resfriar a água colocam-sea 20 °C. Qual a redução na temperatura da água? algumas "pedras" de gelo, de massa total 100 g,Dados: com temperatura de -20 °C. Desprezando ascalor específico do gelo = 0,50 cal/g °C perdas de calor com o ambiente e sabendo quecalor específico da água = 1,0 cal/g °C após um intervalo de tempo há o equilíbrio térmicocalor latente de fusão do gelo = 80 cal/g entre a água líquida e o gelo, a massa de geloa) 10 °C. b) 12 °C. c) 14 °C. remanescente no copo é:d) 16 °C. e) 18 °C. Dados: calor específico da água = 1,0 cal/g °C6. (PUC-Campinas-SP) Em um calorímetro de calor específico do gelo = 0,5 cal/g °Ccapacidade térmica 40 cal/°C, que contém 200 g de calor latente de fusão do gelo = 80 cal/gágua a 25 °C, são colocados 100 g de gelo a -10 densidade da água = 1,0 g/cm3°C. Atingido o equilíbrio térmico, a temperatura densidade do gelo = 0,8 g/cm3final, em °C, será: a) zero. b) 15 g. c) 30 g. d) 38 g. e) 70 g.Dados:calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g 11. (Mackenzie-SP) Uma pessoa tem em suas mãoscalor específico do gelo = 0,50 cal/g °C uma jarra contendo 576 ml de água pura a 25 °C.a) -2,0. b) Zero. c) 2,0. d) 10. e) 15. Querendo tomar "água gelada", essa pessoa coloca na jarra 20 cubos de gelo de 2 cm de aresta cada7. (UFAL) Misturam-se 200 g de água a 17 °C com um, a -10 °C, e aguarda o equilíbrio térmico.certa quantidade de gelo a Considerando que apenas gelo e água troquem-10 °C. Para que o equilíbrio térmico se estabeleça calor entre si, a temperatura de equilíbrio térmicoa 0 °C, a massa do gelo, em gramas, é, no mínimo, é:igual a: Dados:Dados: calor específico do gelo = 0,50 cal/g °Ccalor específico do gelo = 0,50 cal/g °C calor específico da água = 1,0 cal/g °Ccalor específico da água = 1,0 cal/g °C calor latente de fusão do gelo = 80 cal/gcalor latente de fusão do gelo = 80 cal/g densidade do gelo = 0,80 g/mla) 20. b) 40. c) 67. d) 80. e) 90. a) 0 °C. b) 2 °C. c) 5 °C. d) 6,1 °C. e) 7,2 °C.8. (PUC-RS) Numa garrafa térmica a 20 °C,contendo água também a 20 °C, é colocado um 12. (Fuvest-SP) Um recipiente de isopor, que é umpedaço de gelo com 200 g a 0 °C. Na situação final bom isolante térmico, tem em seu interior água ede equilíbrio térmico, verifica-se uma mistura de gelo em equilíbrio térmico. Num dia quente, aágua e 100 g de gelo. Sendo 80 cal/g o calor passagem de calor por suas paredes pode serlatente de fusão do gelo e 1,0 cal/g °C o calor estimada, medindo-se a massa de gelo Q presenteespecífico da água, o calor absorvido (da garrafa no interior do isopor, ao longo de algumas horas,térmica e da água que nela se encontrava) pelo como representado no gráfico.gelo e a temperatura final são, respectivamente:a) 1,6 kcal e 20 °C. b) 3,0 kcal e 10 °C.c) 6,0 kcal e 10 °C. d) 6,4 kcal e 0 °C.e) 8,0 kcal e 0 °C.9. (Unirio-RJ) Um calorímetro, de capacidadetérmica desprezível, contém 200 g de água a 50 °C.Em seu interior é introduzido um bloco de ferro commassa de 200 g a 50 °C. O calor específico de ferroé 0,11 cal/g °C. Em seguida, um bloco de gelo de500 g a 0 °C é também colocado dentro docalorímetro. O calor específico da água é de 1,0cal/g °C e o calor latente da fusão do gelo é de 80 Dado:cal/g. calor latente de fusão do gelo = 320 kJ/kgNão há trocas de calor com o ambiente. Nestas 3circunstâncias, qual a temperatura de equilíbrio Esses dados permitem estimar a transferência de Páginadeste sistema, em °C? calor pelo isopor, como sendo, aproximadamente, de: Sala de Exatas: seu sucesso é a nossa meta!
  4. 4. a) 0,5 kJ/h. b) 5 kJ/h. c) 120 kJ/h.d) 160 kJ/h. e) 320 kJ/h.13. (FEI-SP) Em um recipiente isolado do meioexistem 40 garrafas de vidro cheias de água a 20°C. Se cada garrafa, quando vazia, possui massa de125 g e capacidade de 200 ml, qual a massa degelo a 0 °C que deve ser acrescentada norecipiente, para que no equilíbrio térmico atemperatura seja de 10 °C?Despreze as trocas de calor com o recipiente econsidere o calor específico do vidro igual a0,2cal/g °C e o calor latente de fusão do gelo iguala 80 cal/g.a) m = 0,5 kg b) m = 1,0 kg c) m = 2,0 kgd) m = 10,0 kg e) m = 200 kg14. (PUC-SP) Um anel metálico de massa 150 g,inicialmente à temperatura de160 °C, foi colocado em uma cavidade feita naparte superior de um grande bloco de gelo emfusão, como mostrado na figura. Após o equilíbriotérmico ser atingido, verificou-se que 30 cm3 degelo se fundiram. Considerando o sistema (gelo-anel) termicamente isolado, o calor específico dometal que constitui o anel, em cal/g °C é:Dados:calor latente de fusão do gelo: 80 cal/gdensidade do gelo: 0,92g/cm3a) 0,050. b) 0,092. c) 0,096.d) 0,10. e) 1,0.15 (UFG-GO) Um recipiente de materialtermicamente isolante contém 300 g de chumboderretido à sua temperatura de fusão de 327 °C.Quantos gramas de água fervente devem serdespejados sobre o chumbo para que, ao final doprocesso, toda a água tenha se vaporizado e ometal solidificado se encontre a 100 °C? Suponhaque a troca de calor se dê exclusivamente entre aágua e o chumbo.Dados:calor latente de vaporização da água = 540 cal/gcalor latente de fusão do chumbo = 5,5 cal/gcalor específico do chumbo = 0,03 cal/g °Ca) 3,0 g. b) 3,4 g. c) 5,5 g.d) 6,2 g. e) 6,8 g. GABARITO1. c 2. d 3. b 4. e 5. a 6. b 7. b 8. e9. a 10. e 11. c 12. d 13. b 14. b 15. e 4 Página Sala de Exatas: seu sucesso é a nossa meta!

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