Aulas 6 e 7

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Aulas 6 e 7, módulo 1 - Fisica

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Aulas 6 e 7

  1. 1. Calorimetria Aulas 6 e 71. É importante frisar a diferença entre calor e temperatura: calor é definido como energia em trânsito entre corpos de temperaturas diferentes, e temperatura é uma propriedade que remete à agita- ção molecular do corpo. Desta maneira, na verdade, o que se quer dizer na frase "Puxa, hoje está muito calor!" é que a tempe- ratura ambiente está elevada.2. a) Calor específico de uma substância é a quantidade de calor necessária para variar em 1o C a temperatura de 1 g da substân- cia. b) Capacidade térmica é definida como o produto entre a massa do corpo e o calor específico da substância que o constitui (C = m ⋅ c), e o seu significado é a quantidade de calor necessá- ria para variar em 1o C a temperatura de todo o corpo. Assim, completando a tabela, temos: Calor específico Capacidade Corpo Massa (g) o (cal/(g ⋅ C) térmica (cal/ o C) Cubo 200 0,5 100 de gelo Refrigerante 350 1,0 350 em lata Panela de 2 000 0,12 240 ferro Panela de 500 0,22 110 alumínio Panela de 1 000 0,094 94 cobre c) A substância mais fácil de esquentar ou esfriar é a que tem o menor calor específico, assim, essa substância é o cobre. Já a substância mais difícil de esquentar ou esfriar é a água que consti- tui o refrigerante em lata, pois ela possui o maior calor específico. d) O corpo mais fácil de se esquentar ou esfriar é a panela de co- bre, pois ela possui a menor capacidade térmica. Já o mais difícil é o refrigerante em lata, pois possui a maior capacidade térmica. 1
  2. 2. 3. Como a densidade da água é 1 kg/L, da equação fundamental da calorimetria temos: Q = m ⋅ c ⋅ Δθ = 5 ⋅ 103 ⋅ 1 ⋅ (100 − 20) ⇒ Q = 4 ⋅ 105 cal Após o início da fervura, se continuássemos fornecendo a mesma quantidade de calor para a água, estaríamos desperdiçando energia, pois ela seria utilizada para transformar a substância lí- quida em vapor (ebulição). Desta forma, para que a temperatura da água seja mantida, devemos abaixar o fogo para que a perda de calor da água para o ambiente seja compensada pelo fogo.4. a) Como o forno fornece 20 cal a cada segundo, após 200 s ele terá fornecido uma quantidade de calor Q = 20 ⋅ 200 = 4 000 cal. Assim, o gráfico de Q versus θ é dado por: b) A inclinação do gráfico é dada por: N Q I = tgα = (I) Δθ Da equação fundamental da calorimetria e da definição de capa- cidade térmica, vem: Q = m ⋅ c ⋅ Δθ Q ⇒ Q = C ⋅ Δθ ⇒ C = (II) C = m⋅c Δθ Comparando as equações I e II, concluímos que a inclinação da reta obtida no gráfico do item a é a capacidade térmica do bolo. c) A capacidade térmica da massa de bolo é dada por: 4 000 I = C = tgα = ⇒ C = 400 cal/ o C 20 − 10 d) Da definição de capacidade térmica, temos: cal C = m ⋅ c ⇒ 400 = 500 ⋅ c ⇒ c = 0,8 g ⋅ oC 2
  3. 3. 5. a) Como a água realmente "rouba" energia do corpo para ser aquecida, podemos dizer que há fundamento físico nesta ideia. No entanto, a quantidade de água que a jovem deveria ingerir para ter uma "perda" significativa de calorias é muito grande, como exemplificado no próximo item. b) Admitindo que a temperatura do corpo da jovem é de 37 o C, da equação fundamental da calorimetria, temos: Q = m ⋅ c ⋅ Δθ ⇒ 600 ⋅ 103 = m ⋅ 1 ⋅ (37 − 12) ⇒ m = 24 ⋅ 103 g Assim, como a densidade da água é de 103 g/L, a jovem deve to- mar 24 L de água a 12 o C para "queimar" essas calorias.6. a) Do teorema da energia cinética, temos: 0 Rτ = ΔE c mv 2 3 ⋅ 10 −3 ⋅ (400)2 2 mv 0 ⇒ Q = − ⇒ Q = ⇒ |R τ| = Q 2 2 2 ⇒ Q = 240 J b) Como metade desse calor é utilizado para aquecer o projétil, da equação fundamental da calorimetria, temos: 50 Q = m ⋅ c ⋅ Δθ ⇒ ⋅ 240 = 3 ⋅ 10 −3 ⋅ 200 ⋅ Δθ ⇒ 100 ⇒ Δθ = 200 o C 3

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