Sumário. Do Sol ao aquecimento. A energia no aquecimento/arrefecimento de sistemas 04/05/2015

Transcrição

1 Sumário Do Sol ao Aquecimento Unidade temática 1 Mudanças de estado físico. Variação de entalpia. Atividade Prático-Laboratorial APL 1.4 Balanço energético num sistema termodinâmico. Resolução de exercícios: Aplicações (continuação). Mudanças de estado físico Recordemos as mudanças de estado físico: 1

2 Mudanças de estado físico Quando um sistema, a pressão constante, está a sofrer uma mudança de estado físico, apesar de receber ou ceder energia como calor, a sua temperatura mantém-se constante. Por exemplo, aquecendo uma mistura de água e gelo durante um certo intervalo de tempo, a temperatura mantém-se constante, igual a 0 C, enquanto o gelo se funde. A energia fornecida serve apenas para quebrar as ligações entre as moléculas de água e não para aumentar a agitação corpuscular dessas moléculas. O sistema só volta a aumentar a sua temperatura depois de todas as ligações estarem quebradas. Tem de ser fornecida uma nova energia para que ele passe da fase sólida à fase líquida. Variação de entalpia A energia recebida ou cedida por um sistema de massa m que experimenta uma mudança de estado físico, a uma dada pressão e a uma dada temperatura, é quantificada através da expressão: E = m DH DH = Variação de Entalpia A Variação de Entalpia é a quantidade de energia necessária para uma unidade de massa mudar de estado físico sem variar sua temperatura. Unidade (SI) J kg -1 (prática) cal g -1 2

3 Variação de entalpia Se DH > 0 absorve calor durante a mudança Se DH < 0 cede calor durante a mudança 80,0 cal 1g 1g gelo H O 2 DH = 80,0 cal g -1 DH = 334,9 J g -1 ou DH = 334,9 x 10 3 J kg -1 Balanço energético num sistema termodinâmico Problema: Considere o gráfico seguinte que mostra a variação de temperatura de um cubo de gelo de 20 g quando recebe (de forma constante) energia sob a forma de calor. Determine a quantidade de calor que é necessário fornecer ao cubo de gelo, inicialmente a -10 ⁰C, para o transformar em água líquida à temperatura de 50 ⁰C. (Nota: Suponha o sistema isolado). 3

4 Balanço energético num sistema termodinâmico Resolução: Pela análise do gráfico da figura, identificam-se três situações: 1. Aquecimento do cubo de gelo de -10 ⁰C a 0 ⁰C. 2. Mudança de estado físico (sólido para líquido) a temperatura constante. 3. Aquecimento da água resultante da fusão do gelo de 0 ⁰C para 50 ⁰C. Balanço energético num sistema termodinâmico Como o sistema se considera isolado, o calor pretendido será a soma do calor trocado em cada uma das situações, ou seja: Q total = Q 1 + Q 2 + Q 3 Q total = m gelo x c gelo x D gelo + m gelo x DH gelo + m água x c água x D água Q total = 20 x 10-3 x 2,09 x 10 3 x [0 (-10)] + 20 x 10-3 x 334,9 x x 10-3 x 4,186 x 10 3 x (50-0) Q total = 1,13 x 10 4 J Capacidades térmicas mássicas e variação de entalpia c gelo = 2,09 x 10 3 J kg -1 k -1 c água = 4,186 x 10 3 J kg -1 k -1 DH gelo = 334,9 x 10 3 J kg -1 4

5 Tabela com alguns valores da Variação de Entalpia de fusão e vaporização para algumas substâncias Problema TPC Para arrefecer um copo de água (250 ml) à temperatura ambiente (20 ⁰C), será mais eficaz colocar nele água a 0 ⁰C ou uma massa igual de gelo (20 g) à mesma temperatura? Qual é a temperatura final da água nas duas situações, após ter fundido toda a massa de gelo utilizada? Nota: admita que o sistema é isolado, i é, não há perdas de energia. 5

6 TPC Exercícios que ficarem por fazer da APSA Aplicações pág. 91. Mudanças de estado físico 6