Propagação do Calor e Calorimetria

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1 Condução Térmica Física 3 - Capítulo 3 Propagação do Calor e Calorimetria Propagação de calor em que a energia térmica passa de partícula para partícula, sem transporte de matéria. Ocorre nos materiais chamados condutores térmicos (materiais metálicos). CALOR Energia em trânsito que se transfere de um corpo para outro se houver diferença de temperatura entre estes corpos. CALORIMETRIA Estudo da medida do calor trocado entre os corpos. Exemplos de Isolantes Térmicos: água, gelo, ar, lã, isopor, vidro, borracha, madeira, serragem. 1 2 Aplicação de Isolantes Térmicos (exemplo) Os iglus são feitos de gelo, que é isolante e impede a condução de calor para o meio externo. Convecção Térmica Propagação de calor com transporte de matéria. Ocorre nos líquidos e gases. Eleva-se, assim, a temperatura interna do iglu. 3 4

2 Radiação Térmica Propagação de calor através de ondas eletromagnéticas, principalmente raios infravermelhos, que são chamados ondas de calor. Ocorre inclusive no vácuo. Exemplos: - Estufa de Plantas - Efeito Estufa Estufa de Plantas Questão 1 Considere as afirmações a seguir: I. Devido à, um aquecedor de ambiente deve ser colocado junto ao assoalho. II. Nos sólidos, a transmissão de calor ocorre por. III. Quando nos aproximamos de um forno, recebemos calor, principalmente por. Quais são os processos de transferência de calor que preenchem corretamente as lacunas das afirmações? Solução: convecção, condução, irradiação. 5 6 Unidades de Calor Capacidade Térmica de um Corpo ( C ) Calor é uma forma de energia. Logo, usamos aqui as unidades de energia. Unidade S.I. de energia: joule ( J ) Se um corpo cede ou recebe uma quantidade de calor Q e sua temperatura sofre uma variação T, a capacidade térmica (C) desse corpo é a razão: Outra unidade usada: caloria (cal) Conversão de unidades: 1 cal = 4,18 J Unidades de C: J/ c ; cal / c ; J/K ; cal/ F Múltiplo: quilocaloria (Kcal) 1 Kcal = 10 3 cal 7 DICA Capacidade Térmica é característica do corpo. Corpos de massas diferentes, de um mesmo material, tem capacidades térmicas diferentes. 8

3 Capacidade Térmica (exemplo) Calor específico de uma Substância ( c ) Calor específico é a quantidade de calor necessária para que um grama de uma substância aumente sua temperatura em 1 grau Celsius. Cálculo do calor específico da substância de um corpo m: massa do corpo 2 litros de água tem maior Capacidade Térmica que 1 litro de água. Calor cedido a cada uma das panelas: Q cedido = 30 kcal Unidades de c: J/kg. c ; cal /g. c ; cal/g. F C 1_litro = Q c / T = 30 / 30 C 1_litro = 1 kcal/ C C 2_litros = Q c / T = 30 / 15 C 2_litros = 2 kcal/ C DICA Calor Específico é característica do material e do estado físico em que ele se encontra Quantidade de Calor Sensível ( Q s ) Questão 2 É uma quantidade de calor recebida ou perdida por um corpo que faz variar apenas a sua temperatura, sem haver mudança no estado físico do corpo. Q s = m.c. T T 0 + T mais quente (PUCCAMP-SP) Admita que o corpo humano transfira calor para o meio ambiente na razão de 2,0 kcal/min. Se esse calor fosse aproveitado para aquecer água de 20 C até 100 C, qual a quantidade de água, em kg, poderia ser aquecida com a quantidade de calor transferida em 1 hora? Dado: calor específico da água = 1,0 kcal/kg C 11 12

4 Questão 2 - solução Mudanças no Estado Físico de um Corpo Total de calor transferida em 1 hora: Q = 60min x 2 kcal/min Q=120 kcal Variação de temperatura: T = = 80 C Cálculo da massa que teria uma variação de 80 C: Q = m.c. T 120 kcal = m x (1kcal/kg C) x 80 C m = 120 / 80 m = 1,5 kg P.F. : temperatura do ponto de fusão P.E. : temperatura do ponto de ebulição Durante uma mudança de estado, a temperatura do corpo não se altera Quantidade de Calor Latente ( Q L ) Questão 3 É uma quantidade de calor recebida ou perdida por um corpo que apenas muda o seu estado físico, não alterando a sua temperatura. Q L = m.l ; L: calor latente da ocasião (depende da substância e da mudança de estado). (UnB) Determine a quantidade de calor que se deve fornecer a 100g de gelo a -10 C para transformá-lo em vapor a 110 C. Esboce a curva de aquecimento do processo. Dados: calor específico da água = 1,0 cal/g C calor específ. gelo = calor específ. vapor = 0,5 cal/g C calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g T calor latente de vaporização da água = 540cal/g 15 16

5 Questão 3 - solução Questão 3 solução Aquecimento do gelo: Q 1 =m.c.(t to)=100.0,5.(0 (-10)) Q 1 = 500cal Fusão do gelo: Q 2 = m.l F = Q 2 = 8.000cal Aquecimento da água : Q 3 =m.c.(t to) = (100 0) Q 3 = cal Vaporização da água: Q 4 = m.l V = Q 4 = cal Aquecimento do vapor: Q 5 = m.c.(t to)= 100.0,5.( ) Q 5 = 500cal Q T = Q 1 +Q 2 + Q 3 + Q 4 +Q 5 Q T = cal ou ( C) Tem peratura Curva de Aquecimento Calor Cedido Recebido (calorias) Q T =73kcal 17 18