Calorimetria

1. MÁQUINAS TÉRMICAS
Calorimetria

2. CALOR
 Calor é energia térmica em trânsito entre
corpos de diferentes temperaturas.
 Considere dois corpos A e B em diferentes temperaturas
TA e TB, tais que a temperatura do corpo A seja maior que
a temperatura do corpo B;
 Cada corpo possui energia térmica e essa energia é
transferida do corpo de maior temperatura, no caso acima
A, para para o corpo de menor temperatura (corpo B);
 A transferência da energia térmica cessa no momento em
que os dois corpos atingirem a mesma temperatura: o
EQUILÍBRIO TÉRMICO.
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3. Calor Sensível  quantidade de calor que um
determinado corpo cede ou recebe, quando variar
sua temperatura. Causa a variação de temperatura
de um sistema.
Calor Latente  quantidade de calor que um
determinado corpo cede ou recebe, quando mudar
sua fase ou estado físico. Durante a mudança de
estado a temperatura permanece constante.
Calor Específico (c): corresponde à quantidade de
calor que se deve fornecer ou retirar de uma massa
unitária da substância, para variar de 1°C a sua
temperatura. Depende da substância.
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4. EQUAÇÃO FUNDAMENTAL DA CALORIMETRIA
. .
Q m c t
 
t
Q
C

 C



 10
1

 Definimos a capacidade térmica, C, e o calor
específico, c, respectivamente, como segue:
 Isolando C na segunda equação e substituindo-o
na primeira, obtemos:
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5. T
c
m
Q 
 .
.
onde:
Q  quantidade de calor
m  massa
c  calor específico
T  variação de temperatura
Observações:
T > To  T > 0  Q > 0 (calor recebido pelo corpo:
o corpo ganha calor)
T < To  T < 0  Q < 0 (calor cedido pelo corpo: o
corpo perde calor)
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6. Capacidade Térmica de Um Corpo (C): quantidade
de calor necessária para que a temperatura do
corpo varie de 1°C. Depende da massa do corpo e da
natureza da substância.
Unidades:
No SI  J/K
Prática  cal/°C
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7. MUITO IMPORTANTE!
 A capacidade térmica é uma característica do
corpo e não da substância.
 Portanto, diferentes blocos de alumínio têm
diferentes capacidades térmicas, apesar de
serem da mesma substância.
 Calor específico é uma característica da
substância e não do corpo.
 Portanto cada substância possui o seu calor
específico.
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8. Tabela com alguns valores de calor específico.
 O calor específico possui uma certa variação com a
temperatura. A tabela mostra um valor médio.
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9. UNIDADES DE MEDIDAS
Unidades usuais Unidades do SI
Q..............cal..........................Joule (J)
m........grama (g)....................quilograma (kg)
t......Celsius (oC)………..……....Kelvin (K)
c............cal/g.oC………………….J/kg.K
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10. POTÊNCIA
 É a grandeza que expressa a quantidade de
energia fornecida por uma fonte a cada unidade
de tempo.
 É a rapidez com a qual uma certa quantidade de
energia é transformada.
t
Q
P


Unidades usuais Unidades do SI
Q............cal...............................Joule (J)
t........minuto (min)…….…...…...segundo (s)
P…………cal/min…………….…Watt (W) = J/s
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11. EXERCÍCIOS

12. 1) Quando dois corpos de tamanhos diferentes
estão em contato e em equilíbrio térmico, e ambos
isolados do meio ambiente, pode-se dizer que:
a) o corpo maior é o mais quente.
b) o corpo menor é o mais quente.
c) não há troca de calor entre os corpos.
d) o corpo maior cede calor para o corpo menor.
e) o corpo menor cede calor para o corpo maior.

13. 2) Quando uma enfermeira coloca um termômetro clínico de
mercúrio sob a língua de um paciente, por exemplo, ela
sempre aguarda algum tempo antes fazer a sua leitura. Esse
intervalo de tempo é necessário:
a) para que o termômetro entre em equilíbrio térmico com
o corpo do paciente.
b) para que o mercúrio, que é muito pesado, possa subir
pelo tubo capilar.
c) para que o mercúrio passe pelo estrangulamento do tubo
capilar.
d) devido à diferença entre os valores do calor específico
do mercúrio e do corpo humano.
e) porque o coeficiente de dilatação do vidro é diferente do
coeficiente de dilatação do mercúrio.

14. 3) Uma certa quantidade de água a temperatura de 0°C é
mantida num recipiente de vidro. Inicia-se então o
aquecimento da água até a temperatura de 100°C.
Desprezando-se a dilatação do recipiente, o nível da água
em seu interior durante o aquecimento:
a) mantêm-se constante;
b) aumenta somente;
c) diminui somente;
d) inicialmente aumenta e depois
diminui;
e) inicialmente diminui e depois
aumenta.

15. 4) Uma batata recém-cozida, ao ser retirada da água
quente, demora para se esfriar.
Uma justificativa possível para esse fato pode ser dada
afirmando-se que a batata tem:
a) alta condutividade térmica.
b) alto calor específico.
c) baixa capacidade térmica.
d) baixa quantidade de energia interna.

16. Princípios da Calorimetria

17. Princípio da Igualdade das Trocas de Calor:
“Quando dois ou mais corpos, a temperaturas diferentes,
são colocados no interior de um recipiente termicamente
isolado, eles trocam de calor entre si. A soma das
quantidades de calor recebidas por uns é igual à soma das
quantidades de calor cedidas por outros.”


 

 0
Q
Q
Q cedidos
recebidos

18. Calorímetro (Vaso Adiabático): Recipiente que não
permite a troca de calor com o meio exterior. É muito
utilizado para a determinação do calor específico de corpos.

19. Equilíbrio Térmico: Quando dois ou mais corpos trocam
calor há transferência da energia térmica do corpo mais
quente para o corpo mais frio. O equilíbrio térmico vai
ocorrer quando já não houver um corpo mais quente ou um
mais frio, ou seja, quando os corpos atingirem a mesma
temperatura.
A temperatura final será igual para todos os corpos.
Equilíbrio Térmico  TA = TB = Tequilíbrio

20. EXERCÍCIO

21. A Temperatura de 100g de um líquido cujo calor específico é
0,5 cal/gº C sobe de -10 a 30ºC. Em quantos minutos será esse
aquecimento com uma fonte que fornece 50 cal/min?

23. Exercício:
1) Qual a quantidade de calor necessária para elevar a
temperatura de 500g de chumbo de 20ºC até 60ºC. Dado
c=0,030 cal/g ºC:
02) Fornecendo a um corpo de massa 1 Kg uma quantidade de
calor igual a 5 Kcal, sua temperatura aumenta de 20 para 60ºC,
sem mudar de estado. Determine o calor específico da
substância constituinte do material:
03) Um bloco de 200g é submetido a um resfriamento passando
de 5 para 0ºC. Neste processo são retirados 40 Kcal do bloco.
Calcule o calor específico do material:
04) Para aquecer 1Kg de uma substância de 10 para 60ºC, foram
necessárias 400 cal. Determine o calor específico do material e
a capacidade térmica da substância:

24. 05) Uma placa de alumínio com massa de 400g está a uma
temperatura de 80º C. Determine a temperatura da placa
quando dela se retiram 1600cal. Dado calor específico do
alumínio=0,217 cal/gºC.
06) Cedem-se 684 cal a 200g de ferro que estão a uma
temperatura de 10ºC. Sabendo que o calor específico do ferro
vale 0,114 cal/gºC, determine a temperatura final do ferro:
07) Quantas calorias são necessárias para se aquecer 200l de
água de 15º a 70ºC? Qual a potência necessária para realizar
essa operação em 3 horas?
08) Um aquecedor elétrico eleva de 10ºC a temperatura de 100g
de água em 10 minutos. Se utilizarmos este aquecedor
durante 10 minutos para aquecer 100g de óleo, qual será a
elevação de temperatura do óleo?
Dados: c água=1 cal/gºC e c Ol=0,2 cal/gºC:

25. 09) Para derreter uma barra de um material w de 1kg é necessário aquecê-lo
até a temperatura de 1000°C. Sendo a temperatura do ambiente no
momento analisado 20°C e o calor específico de w=4,3J/kg.°C, qual a
quantidade de calor necessária para derreter a barra?
10) Um bloco de ferro de 10cm³ é resfriado de 300°C para 0°C. Quantas
calorias o bloco perde para o ambiente?
Dados: densidade do ferro=7,85g/cm³ e calor específico do ferro=0,11cal/g.°C.
11) Um bloco de uma material desconhecido e de massa 1kg encontra-se à
temperatura de 80°C, ao ser encostado em outro bloco do mesmo material,
de massa 500g e que está em temperatura ambiente (20°C). Qual a
temperatura que os dois alcançam em contato? Considere que os blocos
estejam em um calorímetro.
12) Em uma cozinha, uma chaleira com 1L de água ferve. Para que ela pare,
são adicionados 500mL de água à 10°C. Qual a temperatura do equilíbrio do
sistema?
Qualquer quantidade de água que esteja fervendo encontra-se à temperatura
de 100°C, se a temperatura for superior a esta, não haverá água líquida,
apenas vapor.