Aquecimento de um sistema

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1 Aquecimento de um sistema Aquecimento de diferentes quantidades de água Quando se fornece, num dado intervalo de tempo, a mesma quantidade de energia a dois sistemas, A e B, que diferem apenas na sua massa. Sistema A O sistema A, com menor massa, sofre um maior aumento da temperatura. Sistema B A variação de temperatura de um sistema depende da sua massa.

2 Aquecimento de um sistema Aquecimento de materiais diferentes (óleo e água) Quando se fornece, num dado intervalo de tempo, a mesma quantidade de energia a dois sistemas com a mesma massa, mas materiais diferentes. Sistema A O sistema A (óleo) sofre um maior aumento da temperatura. Sistema B A variação de temperatura de um sistema depende do material em causa.

3 Aquecimento/arrefecimento de um sistema Aquecimento Aquecimento (ou arrefecimento) de um sistema de massa constante (sistema fechado), a pressão constante e sem mudança de estado físico, por qualquer processo (calor ou trabalho). Arrefecimento A energia que o sistema ganha (ou perde) é diretamente proporcional à variação da sua temperatura.

4 Aquecimento/arrefecimento de um sistema Energia recebida (cedida) num aquecimento (arrefecimento), sem mudança de estado físico: - energia recebida/cedida - massa do sistema - característica do material designada por capacidade térmica mássica - variação de temperatura Aquecimento Arrefecimento

5 Aquecimento/arrefecimento de um sistema ou

6 Capacidade térmica mássica A capacidade térmica mássica, c, quando expressa em J kg 1 K 1 é a energia necessária para elevar de 1 K a temperatura de 1 kg de material. Também se pode exprimir em

7 Capacidade térmica mássica da água Capacidade térmica mássica do gelo: Capacidade térmica mássica da água líquida: Quanto maior for a capacidade térmica mássica de um material, menor será a variação de temperatura do sistema para a mesma energia recebida (ou cedida).

8 Capacidade térmica mássica da água A água líquida tem uma capacidade térmica mássica elevada. Por isso é bastante utilizada em sistemas de aquecimento e refrigeração. Material Água líquida Azeite Alumínio Ferro Cobre Capacidades térmicas mássicas de alguns materiais.

9 Capacidade térmica mássica da água Apesar da irradiância ser a mesma, a areia aquece mais que a água do mar. A água é o ambiente adequado para organismos que não suportam grandes amplitudes térmicas.

10 Atividade Um material de 300 g absorve 6,0 kj para elevar a sua temperatura em 10 C. Indique a capacidade térmica mássica desse material.

11 Atividade Um material de 300 g absorve 6,0 kj para elevar a sua temperatura em 10 C. Indique a capacidade térmica mássica desse material. SOLUÇÃO Energia recebida pela substância é dada pela expressão: Dados

12 Mudanças de estado: Fusão Transferência de energia como calor, ocorrendo mudança de estado físico Quando se transfere energia como calor, a pressão constante, para um corpo enquanto ocorre mudança de estado físico da substância que o constitui, a temperatura não varia. Durante a mudança de estado físico de uma substância, a energia fornecida é utilizada para alterar as ligações entre as partículas e não para aumentar a sua agitação.

13 Mudanças de estado: Fusão Aquecimento de um bloco de gelo a -5 C À medida que se fornece energia a temperatura aumenta até atingir os 0 C. Fusão do gelo A 0 C dá-se a fusão do gelo. Durante a mudança de estado a temperatura não varia, pois a energia recebida pelo sistema no aquecimento é usada para quebrar ligações entre os seus corpúsculos e não para aumentar a agitação corpuscular.

14 Energia de fusão e variação da entalpia de fusão A energia necessária para fundir uma substância é diretamente proporcional à sua massa: - energia recebida na fusão de uma substância (J) - massa do sistema (kg) - característica da substância designada por variação de entalpia (mássica) de fusão

15 Energia de fusão e variação da entalpia de fusão À energia que é necessário fornecer à unidade de massa de uma substância, para que, depois de atingida a sua temperatura de fusão, passe do estado sólido ao estado líquido, chama-se variação de entalpia mássica de fusão. Assim, por exemplo, a energia que é necessário fornecer (como calor), a uma certa massa, m, de gelo a 0 C, para que passe toda ao estado líquido, ainda a 0 C, é dada por: Q m H ou fusão Q m L f A variação de entalpia mássica de fusão, ΔH fusão, ou calor latente de fusão, L f, é a energia que é necessário fornecer à unidade de massa de uma substância para que, depois de atingida a sua temperatura de fusão, ocorra a sua fusão completa.

16 Mudanças de estado: Vaporização Aquecimento de água a 20 C Vaporização da água À medida que se fornece energia a temperatura aumenta até atingir os 100 C 100 A 100 C dá-se a ebulição da água. A energia absorvida pela água líquida é utilizada para quebrar as ligações entre os seus corpúsculos, por isso a temperatura se mantém constante.

17 Energia de vaporização e variação da entalpia de vaporização A energia necessária para vaporizar uma substância é diretamente proporcional à sua massa: - energia recebida na fusão de uma substância (J) - massa do sistema (kg) - característica da substância designada por variação de entalpia (mássica) de vaporização

18 Energia de vaporização e variação da entalpia de vaporização À energia que é necessário fornecer à unidade de massa de uma substância, para que, depois de atingida a sua temperatura de ebulição, passe do estado líquido ao estado gasoso, chama-se variação de entalpia mássica de vaporização. Assim, por exemplo, a energia que é necessário fornecer como calor a uma certa massa, m, de água, a 100 C, para que passe toda ao estado gasoso, ainda a 100 C, é dada por: Q m Hvaporização ou Q m L v A variação de entalpia mássica de vaporização, ΔH vaporização, ou calor latente de vaporização, L v, é a energia que é necessário fornecer à unidade de massa de uma substância para que, depois de atingida a sua temperatura de ebulição, passe na totalidade ao estado gasoso.

19 Variação das entalpias de fusão e de vaporização Substância T. de fusão/ C T. de ebulição/ C Oxigénio -218,8-183 Água 0,0 100,0 Etanol -114,0 78,0 Enxofre 119,0 446,6 Entalpias de fusão e de vaporização de algumas substâncias. Da tabela, observa-se que a água é a substância que apresenta as entalpias de fusão e vaporização mais elevadas.

20 Variação das entalpias de fusão e de vaporização da água Variação de entalpia (mássica) de fusão da água : Variação de entalpia (mássica) de vaporização da água :

21 Curva de aquecimento da água aquecimento do gelo fusão do gelo aquecimento da água vaporização da água aquecimento do vapor

22 Mudanças de estado Transferência de energia como calor, ocorrendo mudança de estado físico O gráfico seguinte traduz a variação da temperatura durante o tempo de aquecimento, à pressão atmosférica normal, de uma amostra de água, inicialmente no estado sólido. Como se pode verificar, durante a fusão e a ebulição da água (substância), a pressão constante, a temperatura não varia. A temperatura da substância só volta a aumentar depois de todas as ligações entre as partículas se terem quebrado. Continuando a aquecer a substância, após a mudança de estado físico, a agitação das partículas aumenta e a temperatura sobe.

23 Mudanças de estado Transferência de energia como calor, ocorrendo mudança de estado físico O mesmo não acontece, por exemplo, durante a fusão de água salgada (mistura). A temperatura não se mantém constante durante a mudança de estado físico. O que se passa com a água salgada, passa-se com qualquer outro material que não seja uma substância pura.

24 Atividade Funde-se um bloco de gelo com 300 g, inicialmente à temperatura de -5 C. Continua-se a fornecer energia até se verificar que a temperatura do gelo fundido é 22 C. Indique o valor da energia fornecida neste processo.

25 Atividade Funde-se um bloco de gelo com 300 g, inicialmente à temperatura de -5 C. Continua-se a fornecer energia até se verificar que a temperatura do gelo fundido é 22 C. Indique o valor da energia fornecida neste processo. SOLUÇÃO Dados Aquecimento do gelo: Fusão do gelo: gelo água líquida

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