Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física Ensino Médio, 9º Ano Calor sensível, capacidade térmica e calor específico

Transcrição

1 Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física Ensino Médio, 9º Ano Calor sensível, capacidade térmica e calor específico

2 Calor Sensível Calor que produz variação de temperatura sem que o estado físico da matéria seja alterado. Charge disponível no link: ksa8bkowsvk/t9mppbkjepi/aaaaaaaakdy/x6z97-rng1w/s1600/aquecimentoglobal+7.jpg Ex.: Quando colocamos algo para aquecer no fogo, estamos aumentando sua temperatura. Imagem: GRAN / GNU Free Documentation License

3 Unidade de medida de Calor A energia é medida em joules (J) no (S.I.). Como o calor também é uma forma de energia, possui a mesma unidade. Por motivos históricos e práticos, também usamos outra unidade, a caloria (cal). 1 cal = 4,18 J

4 Capacidade Térmica Quantidade de calor necessária para elevar em 1ºC a temperatura de um corpo. Exemplo: 46ºC 26ºC C = Q T Equivale ao quociente entre a quantidade de calor recebido ou cedido pelo corpo e a correspondente variação de temperatura. Neste caso, temos: Logo: C = 40 cal 20 o C Esse resultado nos indica que, para variar a temperatura desse corpo em 1 ºC, precisaremos fornecer a ele 2 cal.

5 Calor Específico Quantidade de calor necessária para elevar em 1ºC a temperatura de uma unidade de massa de um corpo. c = Q m T Exemplo: 27ºC Nesse caso, temos: c = 0, 5 cal 1g 1 o C Logo: 26ºC Esse resultado nos indica que, para variar a temperatura de 1 g do material que compõe esse corpo em 1 º C, precisaremos fornecer a ele 0,5 cal.

6 Equação Fundamental da Calorimetria Como c = Q m T Temos que: Q S = m c T Essa expressão nos mostra que a Quantidade de Calor Sensível (Q S ) é DIRETAMENTE PROPORCIONAL 1. à Massa (m) do corpo Quanto maior a massa do corpo, maior a quantidade de calor necessária para variar sua temperatura; 2. ao Calor Específico (c) Quanto maior o calor específico, maior a quantidade de calor necessária para variar sua temperatura; 3. à Variação de Temperatura ( T) Quanto maior a variação de temperatura que se deseja obter de um corpo, maior a quantidade de calor que se deve fornecer.

7 Curiosidade A explicação dessa variação se baseia no conceito de calor específico. Imagem: Thomas Tolkien / Creative Commons Attribution 2.0 Generic A areia do deserto possui calor específico relativamente pequeno, o que a faz aquecer com muita facilidade durante o dia e se resfriar facilmente à noite. Por isso, as temperaturas variam muito.

8 Curiosidade A Caloria utilizada por médicos e nutricionistas é, na realidade, a quilocaloria (1 kcal = 1000 cal), também chamada Grande Caloria. Imagem: Glane23 / GNU Free Documentation License 1 Cal = 1000 cal

9 Calorímetro Recipiente termicamente isolado que evita troca de calor entre o seu conteúdo e o meio externo. Em princípio, um calorímetro ideal não deveria trocar calor com os corpos de seu interior, mas na prática isso ocorre. Portanto, em alguns casos, vamos considerar a capacidade térmica do calorímetro no equacionamento da troca de calor. Imagem: Akshat Goel / Creative Commons Attribution- Share Alike 3.0 Unported

10 Calorímetro A garrafa térmica é um tipo de calorímetro. Com a finalidade de isolar termicamente o conteúdo de uma garrafa térmica do meio ambiente, adotam-se os seguintes procedimentos: As paredes internas são feitas de vidro, que, por ser mau condutor, atenua a troca de calor por condução; as paredes internas são duplas, separadas por uma região de vácuo, cuja função é evitar a condução do calor que passa pelas paredes de vidro. Imagem: Henna / Creative Commons Attribution-Share Alike 1.0 Generic

11 Trocas de calor Num sistema de vários corpos, termicamente isolados do meio externo, a soma das quantidades de calor por eles trocados é igual a zero. Q cedido + Q recebido = 0 Para um sistema de n corpos, escrevemos: Q 1 + Q 2 + Q Q n = 0 No caso de o sistema não estar termicamente isolado ou de o calorímetro não ser ideal, devemos levar em conta a troca de calor dos corpos com o ambiente. Q 1 + Q 2 + Q Q n + Q ambiente = 0

12 Vamos Exercitar?

13 Exercício 02 (FUVEST-SP) Um bloco de massa 2,0 kg, ao receber toda energia térmica liberada por 1000 g de água que diminuem a sua temperatura de 1 C, sofre um acréscimo de temperatura de 10 C. O calor específico do bloco, em cal/g. C, é: (Adote: c água : 1,0 cal/g. C) a) 0,2 b) 0,1 c) 0,15 d) 0,05 e) 0,01

14 Resolução Sabemos que: m bloco = 2,0 kg = 2000 g T bloco = 10 c bloco =? m água = 1000 g T água = 1 c água = 1 cal/(g ) Como todo calor liberado pela água vai ser aproveitado para aquecer o bloco, temos que: Q bloco = Q água m b c b T b = m a c a T a Substituindo os valores, obtemos: 2000 c b 10 = c b = 1000 c b = c b = 0, 05 cal/(g ) Resposta: d)

15 Exercício 03 (FATEC-SP) Um frasco contém 20 g de água a 0 C. Em seu interior é colocado um objeto de 50 g de alumínio a 80 C. Os calores específicos da água e do alumínio são respectivamente 1,0 cal/g C e 0,10 cal/g C. Supondo não haver troca de calor com o frasco e com o meio ambiente, a temperatura de equilíbrio dessa mistura será: a) 60 C b) 16 C c) 40 C d) 32 C e) 10 C

16 Resolução Sabemos que: m Al = 50 g T i,al = 80 c Al = 0,10 cal/(g ) m água = 20 g T i,água = 0 c água = 1 cal/(g ) T f,al = T f,água = T eq. Como não vai haver troca de calor com o meio externo, temos que: Q perdido + Q recebido = 0 Q Alumínio + Q água = 0 m Al c Al T Al + m a c a T a = 0 Substituindo os valores, obtemos: 50 0, 10 T eq T eq 0 = 0 5 T eq T eq = 0 5 T eq T eq = 0 25 T eq 400 = 0 25 T eq = 400 T eq = T equilíbrio = 16 Resposta: b)

17 Extras VÍDEO DO YOUTUBE Calor específico Link: Calorimetria Link: SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL Transferência de calor entre um metal e a água Link: Equilíbrio térmico Link: EXPERIÊNCIAS/ EXPERIMENTOS Capacidade térmica do calorímetro (Determinação) Link: CURIOSIDADES Equivalente mecânico do calor Link: LISTAS DE EXERCÍCIOS Cola da Web Link:

18 Bibliografia BENIGNO, Barreto Filho; XAVIER, Cláudio da Silva. Física aula por aula. 1. ed. Vol. 02. São Paulo: Editora FTD, GASPAR, Alberto. Compreendendo a Física. Vol. 02. São Paulo: Editora Ática, GUALTER; HELOU; NEWTON. Física. Vol. 02. São Paulo: Editora Saraiva, MÁXIMO, Antônio; ALVARENGA, Beatriz. Curso de Física. 1. ed. Vol. 02. São Paulo: Editora Scipione, < Acesso em 12/06/2012. < Acesso em 12/06/2012. < Acesso em 12/06/2012. < Acesso em 12/06/2012. < Acesso em 12/06/2012. < Acesso em 12/06/2012. < Acesso em 12/06/2012. < Acesso em 12/06/2012. < Acesso em 12/06/2012. < Acesso em 12/06/2012.

19 Tabela de Imagens n do slide direito da imagem como está ao lado da foto link do site onde se conseguiu a informação Data do Acesso 2 Capture Queen / Creative Commons Attribution 2.0 Generic 13/09/ Valo / Creative Commons Atribuição 2.5 Genérica pg?uselang=pt-br 13/09/ James Heath (engraver) after Henry 13/09/2012 Raeburn / Domínio Público pg 5 James Heath (engraver) after Henry 13/09/2012 Raeburn / Domínio Público pg 6 GRAN / GNU Free Documentation License 13/09/2012 ter.jpg 11 Thomas Tolkien / Creative Commons 13/09/2012 Attribution 2.0 Generic _camels_in_the_desert.).jpg 12 Thomas Tolkien / Creative Commons Attribution 2.0 Generic _camels_in_the_desert.).jpg 13/09/ Glane23 / GNU Free Documentation License hips.jpg 13/09/ Tó campos1 / Domínio Público 13/09/ Akshat Goel / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported orimeter.png 13/09/2012

20 Tabela de Imagens n do slide direito da imagem como está ao lado da foto link do site onde se conseguiu a informação Data do Acesso 18 Henna / Creative Commons Attribution- Share Alike 1.0 Generic bottle.jpg 19 Henna / Creative Commons Attribution- Share Alike 1.0 Generic bottle.jpg 29 Richfife / Domínio Público Bathwater.JPG 13/09/ /09/ /09/2012