Calor e Temperatura, Trocas de Calor Bibliografia e figuras desta aula: Fundamentos da Física, Halliday, Resnick e Walker, 8a Ed., vol 2 pág

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1 Calor e Temperatura, Trocas de Calor Bibliografia e figuras desta aula: Fundamentos da Física, Halliday, Resnick e Walker, 8a Ed., vol 2 pág Até agora aprendemos: O conceito de temperatura A lei zero da Termodinâmica (equilíbrio térmico) Como calibrar um termômetro Escalas termométricas (Celsius, Fahrenheit e Kelvin) Expansão térmica de sólidos e líquidos que é um dos efeitos que a variação de temperatura causa em sistemas físicos A partir de agora, começamos a falar de calor e sua relação com a variação de temperatura e outras formas de energia.

2 Na vida cotidiana Xícara (Sistema) com chá quente em cima da mesa da cozinha (Ambiente) Refrigerante (Sistema) gelado em cima da mesa da cozinha (Ambiente) se o sistema perde calor, Q<0 se o sistema recebe calor, Q>0

3 Calor é a energia térmica que é transferida de um sistema a outro devido a uma diferença de temperatura entre eles! (James Joule: )

4 A caloria é definida como a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de um grama de água de 14,5 o C para 15,5 o C Note que caloria (cal) não unidade do S.I. Conversões úteis: 1cal =4, 186J 1kcal = 4186J 1Btu = 778ft.lb = 252cal = 1055J Cuidado! Calor e Temperatura não são a mesma coisa! Relembrando: Calor é energia térmica que é trocada entre sistemas físicos devido à diferença de Temperatura entre eles!

5 Capacidade Térmica (C) A capacidade térmica ou capacidade calorífica (C) é uma grandeza física que relaciona a quantidade de calor fornecida a um corpo com a variação de temperatura observada C = Q T [ J K ] A capacidade térmica caracteriza o corpo e não a substância que o constitui e é uma grandeza extensiva, ou seja, é proporcional à quantidade de material presente no corpo. Isto significa que dois corpos constituídos pela mesma substância, mas com massas diferentes possuem diferentes capacidades térmicas.

6 Calor específico (c) O calor específico de uma substância é definido como sendo a capacidade térmica por unidade de massa, ou seja, c = C m apple J kg.k Ou seja, o calor específico é uma propriedade particular de cada substância Exemplo: A capacidade térmica de uma certa pedra de mármore é 749J/K. Já o calor específico do mármore (nesta pedra ou em qualquer outro objeto constituído por esta substância) vale 880 J/kg.K

7 Calor específico (c) e capacidade térmica (C) Podemos agrupar as duas equações anteriores C = Q T c = C m Q = mc T (J) Observação: Se a temperatura aumenta, T>0 Se a temperatura diminui, T<0 Enquanto um corpo/substância recebe ou perde calor, seu estado físico não sofre alterações.

8 Calor específico molar (c ) A capacidade térmica pelo número de mols é chamada de calor específico molar: c 0 = C n = mc n = Mc ( J/mol.K ) onde M=m/n é a massa molar da substância. Note que 1 mol de qualquer substância possui um Número de Avogadro, NA, desta substância N A =6, mol 1

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10 Mudança de Fase Quando um sistema físico qualquer sofre uma variação de temperatura ele está sujeito a sofrer uma mudança de fase. Durante a mudança de fase, a temperatura não varia! A quantidade de calor que um sistema recebe enquanto está sofrendo mudança de fase recebe o nome de calor latente e é definido como: Q = ml (J) L! calor de transformação ( J/K )

11 As mudanças de fase são: fusão (LF) vaporização (LV) Sólido Líquido Gasoso solidificação (-LF) condensação (-LV)

12 Problemas envolvendo trocas de calor Em problemas envolvendo trocas de calor, em geral consideramos somente as trocas internas entre corpos dentro de um sistema físico isolado, ou seja, não há perdas para o exterior. Devemos identificar quais partes cedem e quais partes ganham calor. Devemos identificar se há ou não mudança de fase. Devemos considerar que a soma das quantidades de calor cedida e recebida é nula, ou seja, dentro do sistema isolado, há conservação da quantidade de calor trocada. Q c + Q r =0 Exercícios: Faremos alguns da Lista colocada na Central do Aluno