TERMOLOGIA. Calorimetria:

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1 TERMOLOGIA Calorimetria: Calor: é energia térmica em trânsito. Ela ocorre sempre entre dois corpos com temperaturas diferentes. O corpo com temperatura maior sede espontaneamente calor para o corpo que tem a temperatura menor. Calor: é uma sensação térmica. FORMAS DE PROPAGAÇÃO DE CALOR: Por contato ou condução: é a troca de calor através do contato entre as moléculas. Ocorre sempre entre um meio material. É uma energia que se propaga. Os corpos não se deslocam. O que ocorre é uma maior agitação das moléculas. Em geral, corpos maciços são melhores condutores de calor, pois suas moléculas estão mais próximas e corpos porosos são maus condutores de calor devido a falta de aproximação de suas moléculas. Neste caso dizemos que é um bom isolante térmico. O ideal é o vácuo. Exemplo: Uma colher deixada em uma panela com água no fogão ligado. Se for de metal, propaga calor rapidamente. Se for de madeira, demora mais o seu aquecimento. Por irradiação: não há necessidade de um meio material para se realizar e só há transporte de energia e não de matéria. Ocorre através das ondas eletromagnéticas, também conhecidas como ondas de caloríficas ou calor radiante, onde predominam os raios infravermelhos. Exemplo: Raio de luz do Sol que faz o bronzeamento das pessoas ou aquecem o interior dos carros. Também as lâmpadas incandescentes. Por convecção: faz o transporte de energia através da movimentação da matéria. Como há movimentação da matéria, ocorre apenas em fluídos quer sejam líquidos ou gases. Este movimento origina pela variação da densidade do fluído. Quando ele esfria, por dilatação seu volume diminui e assim sua densidade aumenta (d = m / V) e quando esquenta, ocorre o inverso, o volume aumenta e a densidade diminui. Sabemos que os fluídos menos densos ficam por cima dos mais densos. Assim, quando a densidade muda, o fluído tende a subir ou descer, dependendo se ele foi aquecido ou resfriado. Exemplo: Cozimento de legumes em uma panela com água. Geladeira e Freezer. Brisa marinha. Ar condicionado. Garrafa Térmica: Ela isola termicamente os fluídos colocados no interior da seguinte forma: - Para não ter condução, entre o bulbo de vidro e a estrutura de fora o ambiente é o vácuo, que não conduz calor entre moléculas. - Para não ter a radiação do calor, as paredes internas são espelhadas, refletindo estas ondas eletromagnéticas. - Para não ter convecção, a tampa impede que o ar em contato com o líquido se movimente retirando ou trazendo calor. Quantidade de Calor (energia térmica em trânsito): Sensível: Ocorre quando há mudança de temperatura, mas sem mudar o estado físico. = quantidade de calor sensível m c (cal) m = massa (g) C m c c = calor específico (cal/gºc) C = capacidade térmica (cal/ºc) (usado em CALORÍMETRO) C = variação de temperatura (ºC) final inicial Latente: Ocorre quando há mudança no estado físico, mas sem mudar a temperatura. Q L = quantidade de calor latente (cal) Q L m L m = massa (g) L = calor latente (cal/g) Prof. Nilton Sihel Tel.: / Pág. 1

2 Gráfico da quantidade de calor: De 0 a Q 1: Calor sensível, Estado sólido De Q 1 a Q 2 : Calor latente, Fusão De Q 2 a Q 3 : Calor sensível, Estado líquido De Q 3 a Q 4 : Calor latente, Evaporação Acima de Q4: Calor sensível, Estado de Vapor Constantes usadas nos cálculos: c água = 1 cal/gºc c gelo = 0,5 cal/gºc c vapor = 0,5 cal/gºc L fusão = 80 cal/g L solidificação = -80 cal/g L vaporização = 540 cal/g L condensação = -540 cal/g EQUILÍBRIO TÉRMICO: Q cedido + Q absorvido = 0 Q 1 + Q 2 + Q Q n = 0 Gráfico de equilíbrio térmico: Q 1 + Q 2 + Q 3 + Q 4 = 0 Q 1 e Q 3 = Calor sensível absorvido. Q 2 = Calor latente absorvido. Q 4 = Calor sensível cedido. Fluxo de calor: Q tempo A.( tmaior tmenor ) K e = fluxo de calor (cal/s) K = coeficiente de condutibilidade térmica (cal/s.cm.ºc) A = área da secção transversal (cm 2 ) t = temperatura (ºC) e = espessura entre as temperaturas (cm) Potência térmica: Pot Q tempo Pot = Potência (cal/s; cal/min; J/min; J/s = W) 1 cal 4,18 J Prof. Nilton Sihel Tel.: / Pág. 2

3 Resumo das Fórmulas de Calorimetria m c t = quantidade de calor sensível (cal ou J) Quando muda a temperatura, mas sem mudar o estado físico. C m c m = massa (g) kg g mg g Q L C t m L c = calor específico (cal/g o C) ou (J/gºC) ou (J/kgºC) C = capacidade térmica (cal/ o C) (calorímetro ideal = capacidade térmica desprezível = C = zero) t = variação de temperatura ( o C) t t final t inicial Pot Q tempo Obs.: Variação da temperatura celsius é igual a kelvin t C = t K 1 cal 4,2 J Observação: 1 litro de água é igual a 1 kg de água 1 m de água é igual a 1 g de água 1 hora = 3600 segundos Q L = quantidade de calor latente (cal ou J) Quando muda o estado físico, mas sem mudar a temperatura. L = calor latente (cal/g) ou (J/g) ou (J/kg) Pot = Potência (cal/s; cal/min; J/min; J/s = W) EQUILÍBRIO TÉRMICO: Q cedido + Q absorvido = 0 Q 1 + Q 2 + Q Q n = 0 Prof. Nilton Sihel Tel.: / Pág. 3

4 Exercícios de aplicação 1) Um bloco de gelo de massa 100g, na temperatura inicial de 20ºC é aquecido até virar vapor na temperatura de 150ºC. Pede-se: a) Construa um esboço da curva de aquecimento indicando onde ocorre a quantidade de calor sensível, a quantidade de calor latente, onde é gelo, água, vapor e as transformações em que ocorrem a fusão e a vaporização. b) Calcule a quantidade de calor total fornecida a este bloco em cal. c) Se a fonte de calor fornece uma quantidade de 50cal/s, quanto tempo levará este aquecimento? d) Calcule a quantidade de calor fornecida em joules. e) Calcule a potência térmica em W. c gelo = c vapor = 0,5cal/g o C L vaporização da água = 540cal/g 1 cal 4,2 J Resp.: a) Construir o gráfico de Q x t; b) cal; c) 1510s = 25min10 s; d) J; e) 210W Prof. Nilton Sihel Tel.: / Pág. 4

5 2) Em um recipiente de capacidade térmica desprezível, tem 400g de água na temperatura de 80ºC. Ao se colocar mais 200g de água na temperatura de 20ºC, qual será a temperatura de equilíbrio dos 600g de água? Faça a representação gráfica. Dado: Resp.: 60ºC 3) Em um recipiente de capacidade térmica desprezível, tem 400g de água na temperatura de 80ºC. Coloca no recipiente um bloco de 50g de gelo na temperatura de -20ºC. Calcule a temperatura de equilíbrio térmico. Faça a representação gráfica. c gelo = 0,5cal/g o C Resp.: 61,1 ºC Prof. Nilton Sihel Tel.: / Pág. 5

6 4) Em um recipiente de capacidade térmica 20cal/ºC, tem 400g de água na temperatura de 80ºC. Coloca no recipiente um bloco de 50g de gelo na temperatura de -20ºC. Calcule a temperatura de equilíbrio térmico. Faça a representação gráfica. c gelo = 0,5cal/g o C Resp.: 61,9ºC 5) Em um recipiente de capacidade térmica desprezível, tem 200g de água na temperatura de 80ºC. Coloca no recipiente um bloco de 200g de gelo na temperatura de -20ºC. Calcule: a) A temperatura de equilíbrio térmico. b) A massa de gelo que derreteu. c) A massa de água que sobrou no final do processo. d) Faça a representação gráfica. c gelo = 0,5cal/g o C Resp.: a) 0ºC b) 150g c) 350g d) desenhar Prof. Nilton Sihel Tel.: / Pág. 6