1. INTRODUÇÃO Quando um corpo recebe ou cede calor, ocorre uma transformação: variação de temperatura ou mudança de estado físico. No primeiro caso, dizemos que se trata de calor sensível e, no segundo, calor latente. 2. CAPACIDADE
TÉRMICA E CALOR ESPECÍFICO Definimos capacidade térmicaou capacidade calorífica C de um corpo como sendo a quantidade de calor necessária por unidade de variação de temperatura do corpo: A capacidade térmica C é uma característica do corpo e não da substância. Assim, diferentes blocos de chumbo têm diferentes capacidades térmicas, apesar de serem de mesma substância (chumbo). Da definição de capacidade térmica podemos obter as suas unidades de medida: Quando considerarmos a capacidade térmica da unidade de massa temos o calor específico c da substância considerada: Calor específico c é uma característica da substância e não do corpo. Assim, cada substância tem o seu calor específico, diferentes blocos de chumbo têm o mesmo calor específico, pois são de mesma substância. As unidades mais usadas de calor específico são:
sendo que 1 cal eqüivale a aproximadamente 4,1855 J. Na tabela abaixo apresentamos valores do calor específico de algumas substâncias. SubstânciaCalor específico (cal/gºC) água 1,00 álcool 0,58 alumínio 0,219 chumbo 0,031 cobre 0,093 ferro 0,110 gelo 0,55 mercúrio 0,033 prata 0,056 vidro 0,20 vapor d’água 0,48 3. EQUAÇÃO
FUNDAMENTAL DA CALORIMETRIA
A quantidade de calor sensível recebida ou cedida por um corpo, em função da variação de temperatura, pode ser expressa da seguinte forma: Q = m . c . DT 4. PRINCÍPIO
FUNDAMENTAL DA CALORIMETRIA
Se vários corpos, no interior de um recipiente isolado termicamente, trocam calor, os de maior temperatura cedem calor aos de menor temperatura, até que se estabeleça o equilíbrio térmico. A soma algébrica dos calores trocados é igual a zero: Q1
+ Q2 + Q3 + Q4 + ..... + QN
= 0 Se o calor recebido é QR e o calor cedido é QC , temos
TESTES 1. (UFRGS) Um corpo
de 2 Kg recebe 8000 J de calor e sofre uma variação de temperatura
de 100ºC. O valor do calor específico desse corpo, em J/Kg
ºC, é
(A) 40
2. (PUCRS) A Geografia ensina que o clima de regiões perto do mar caracteriza-se por uma grande estabilidade térmica, contrariamente a regiões no interior do continente, onde a temperatura varia muito entre o dia e a noite. Esse fenômeno é devido (A) à grande condutividade térmica da
água.
3. (PUCRS) Um aquecedor elétrico dissipa 560 W de potência, utilizada totalmente para aquecer 1,0 Kg de água da temperatura inicial de 20ºC para 30ºC. Considerando o calor específico da água como 1,0 cal/gºC e 1 cal = 4,2 J, o tempo necessário, em segundos, para conseguir essa elevação é aproximadamente igual a (A) 40
4. (USP) Calor de combustão é a quantidade de calor liberada na queima de uma unidade de massa do combustível. O calor de combustão do gás de cozinha é de 2,4 MJ/kg. Aproximadamente quantos litros de água à temperatura de 20ºC podem ser aquecidos até a temperatura de 100ºC com um bujão de gás de 13 kg? Despreze perdas de calor. (A) 1 L
Nos cálculos adote:
5. (USP) Um ser humano adulto e saudável consome, em média, uma potência de 120 J/s (120 W). Uma "caloria alimentar" (1 kcal) corresponde, aproximadamente, a 4 kJ. Para nos mantermos saudáveis, quantas "calorias alimentares" devemos utilizar, por dia, a partir dos alimentos que ingerimos? (A) 33
6. Um cliente num restaurante solicita ao garçom dois refrigerantes idênticos, porém um "gelado" e outro "sem gelo". O "gelado" estava a 5 ºC e o "sem gelo" a 35 ºC. Quando o cliente misturou 1/3 de copo do refrigerante "gelado" com refrigerante "sem gelo", preenchendo-o todo, ele obteve refrigerante a: (Despreze a capacidade térmica do copo e as perdas de calor) (A) 13,3 ºC
7. Em um dia ensolarado, 16 kJ/s de energia
solar incidem sobre um coletor solar residencial. O coletor aquece de 5ºC
um fluxo de água de 400 g/s. A eficiência do coletor é
de:
(A) 20 %
1. CALOR E MUDANÇA DE ESTADO Toda matéria, dependendo
da temperatura, pode se apresentar em três estados: sólido,
líquido e gasoso.
Quando, à pressão constante, uma substância
recebe (absorve) calor sensível, sua temperatura aumenta:
se o calor é latente, ocorre mudança de estado, mantendo-se
a mesma temperatura.
IMPORTANTE: 1) O termo sublimação é usado para designar a mudança sólidoÛ gasoso. Alguns autores classificam a passagem sólido è gasoso como sublimação direta ou 1ª sublimação, e a passagem gasoso è sólido como sublimação inversa ou 2ª sublimação. Na CNTP o melhor exemplo de sublimação é o da naftalina, que passa do estado sólido diretamente para o gasoso. 2)A mudança líquido è gasoso, que chamamos vaporização, deve ser subdividida em: a) Evaporação:
é um processo espontâneo e lento, que se verifica a uma temperatura
qualquer e depende da área de contato.
b) Ebulição: é um processo que se verifica a uma determinada temperatura (a pressão tem influência sobre a temperatura, veremos posteriormente). Logo é um processo forçado. É mais rápido que a evaporação. c) Calefação: ocorre quando uma massa
de líquido cai sobre uma superfície aquecida a uma temperatura
superior a temperatura de ebulição do líquido.
2. CALOR LATENTE Calor latente de mudança de estado L é a quantidade de calor, por unidade de massa, que é necessário fornecer ou retirar de um dado corpo, a uma certa pressão, para que ocorra a mudança de estado, sem variação de temperatura. Matematicamente: Da definição de calor latente resulta
sua unidade de medida: cal/g , J/g,
KJ/kg,
BTU/lb, etc.
Q = m . L IMPORTANTE:
·À pressão constante, toda substância sofre mudança de estado a uma determinada temperatura. ·À pressão constante, durante a mudança de estado a temperatura se mantém constante. ·Nas mesmas condições, a quantidade de calor recebida (absorvida) ou cedida (liberada) por uma dada substância, durante a mudança de estado, é, em valor absoluto, igual para a unidade de sua massa. Exemplo: calor latente de fusão do gelo: LF
= 80cal/g
3. INFLUÊNCIA DA PRESSÃO A pressão influi sobre as temperaturas em que ocorrem as mudanças de estado físico. 3.1 INFLUÊNCIA NA FUSÃO Quase todas as substâncias, ao fundirem, aumentam de volume. No entanto existem algumas exceções, como a água, a prata, o antimônio, o bismuto, que diminuem de volume ao fundirem. A pressão influencia a temperatura de fusão desses dois grupos de maneira distinta, vejamos.
Tudo o que foi dito sobre a temperatura de fusão também é válido para a temperatura de solidificação. 3.2 INFLUÊNCIA NA EBULIÇÃO A influência da pressão sobre a ebulição é muito mais simples que sobre a fusão, pois a regra agora é única:
TESTES1, (UFRGS) Um ebulidor cede energia a 100 g de água
a uma taxa constante em relação ao tempo. Para elevar a temperatura
de cada grama de água de 15ºC a 100ºC, são necessários
360 J de energia. Sabendo-se que para evaporar completamente as 100 g de
água, após atingidos os 100ºC, transcorre seis vezes
mais tempo do que para elevar sua temperatura de 15ºC a 100ºC,
o calor de vaporização da água pode ser estimado em
(A) 60 J/g (B) 480 J/g (C) 600 J/g (D) 1.800 J/g (E) 2.160 J/g 2. (UFRGS) Essa questão deve ser respondida com base no gráfico seguinte, onde está representada a temperatura (T) de um grama de uma substância inicialmente sólida em função da quantidade de calor (Q) absorvida por ela.
Qual é o calor de fusão desta substância,
em J/g?
3. (UFRGS) A água contida em uma bacia é
colocada ao ar livre para evaporar. Qual das alternativas indica um processo
que contribui para reduzir a quantidade de água evaporada por unidade
de tempo?
4. (PUCRS) Em uma panela de pressão
consegue-se cozinhar os alimentos mais rapidamente do que em panela comum.
Isso ocorre porque
5. (PUCRS) A temperatura de fusão de uma substância
depende da pressão que é exercida sobre a mesma. O aumento
de pressão sobre um corpo ocasiona na sua temperatura de fusão
6. (PUCRS) Há uma relação entre
a pressão e a temperatura nas quais ocorrem as mudanças de
fase. Assim, é correto afirmar que a temperatura de
7. Num recipiente adiabático, de capacidade
térmica desprezível, são misturados 100 g de água
a 5ºC com 200 g de água a 20ºC. Após algum tempo
são colocados no interior desse recipiente m
gramas de gelo a -20ºC. Os valores mínimo e máximo de
mpara que no final a temperatura de equilíbrio
seja 0ºC são:
Dados:
8. (UFRGS) As moléculas de um líquido encontram-se em permanente agitação, movimentando-se em todas as direções, com velocidades de módulos variados. Algumas das moléculas que atingem a superfície do líquido, com valores de velocidade suficientemente altos, conseguem escapar do seu interior. Considerando que são as moléculas de maior velocidade que escapam do líquido e que as de menor velocidade nele permanecem, a energia cinética média das moléculas do líquido diminui, o que representa um decréscimo da sua temperatura. O número de moléculas que escapa por unidade de tempo depende de fatores como a temperatura do líquido, a área de sua superfície livre e a ventilação nas proximidades dessa superfície. O texto acima refere-se ao fenômeno de
9..(UFRGS) Assinale a alternativa que completa corretamente as lacunas do seguinte texto: À pressão atmosférica, nitrogênio
líquido entra em ebulição a uma temperatura de -196°C
. Um grama de nitrogênio líquido, a essa temperatura, comparado
com um grama de vapor de nitrogênio, também a -196°C,
possui ....... energia. À pressão atmosférica, o ponto
de solidificação do mercúrio é -39°C. Quando
uma certa quantidade de mercúrio líquido a -39°C é
colocada em nitrogênio líquido a -196°C, entra em ebulição
o .......... e começa a solidificar o .......... .
10. Ao usar um ferro de passar roupa, uma pessoa,
em geral, umedece a ponta do dedo em água antes de encostá-lo
rapidamente na base aquecida do ferro, para testar se ele já está
suficientemente quente. Ela procede desta maneira, com a certeza de que
não queimará a ponta de seu dedo. Isto acontece porque, em
relação aos demais líquidos, a água tem:
VEJA MAIS: |