Borges e Nicolau
Calor
Ao misturarmos massas de água quente e água fria em um recipiente obtemos água morna. A temperatura final é consequência da interação energética entre as massas de água.
Um corpo de temperatura elevada colocado em contato com um corpo de temperatura mais baixa cede calor até que seja atingida a temperatura de equilíbrio térmico.
Calor é energia térmica em trânsito entre corpos a diferentes temperaturas.
Calor sensivel
É o calor que cedido a um corpo ou retirado deste produz mudança de temperatura.
Calor latente
É o calor que cedido a um corpo ou retirado deste produz mudança de estado.
Quantidade de calor (Q)
É a grandeza por meio da qual avalia-se a energia térmica em trânsito (calor) entre sistemas a diferentes temperaturas.
Unidade no SI: joule (J)
Unidade usual: caloria (cal)
Relação: 1 cal = 4,1868 J
Equação fundamental da calorimetria
Um corpo de massa m recebe uma quantidade de calor sensível Q e sofre uma variação de temperatura Δθ = θ2 - θ1. Verifica-se, por meio de experiências, que Q é diretamente proporcional a m e à variação de temperatura Δθ:
Q = m.c.Δθ
c é um coeficiente de proporcionalidade que caracteriza a substância que constitui o corpo e é denominado calor específico sensível.
O calor específico (c) de uma substância mede numericamente a quantidade de calor que faz variar em 1 ºC a temperatura da massa de 1 g da substância.
Unidade usual: cal/g.ºC
xΔθ = θ2 – θ1
Aumento de temperatura => calor recebido
θ2 > θ1 => Δθ > 0 => Q > 0: calor recebido
Diminuição de temperatura => calor cedido
θ2 < θ1 => Δθ < 0 => Q < 0: calor cedido
Capacidade térmica (C) de um corpo
Mede numericamente a quantidade de calor que faz variar de 1 ºC a temperatura do corpo.
C = Q/Δθ ou C = m.c
Unidade usual: cal/ºC
O equivalente em água de um corpo é a massa de água cuja capacidade térmica é igual à do corpo.
O calorímetro é um recipiente onde costumam ser colocados os corpos em experiências de trocas de calor.
Os calorímetros devem ser isolados termicamente do ambiente e apresentar baixa capacidade térmica.
Princípio geral das trocas de calor
Se dois ou mais corpos trocam calor entre sí, a soma algébrica das quantidades de calor trocadas pelos corpos, até o estabelecimento do equilíbrio térmico, é nula.
QA + QB + QC +... = 0
Exercícios básicos
Exercício 1:
A capacidade térmica de um recipiente é de 2,0.102 cal/ºC. Coloca-se no recipiente 1,0 L de água. O conjunto encontra-se inicialmente a 25 ºC. Qual é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura do conjunto a 50 ºC?
Dados:
calor específico da água: 1,0 cal/g.ºC
densidade da água: 1,0 g/cm3
Resolução:
Cálculo da massa de água: m = d.V => m = 1,0 (kg/L).1,0 L =>
m = 1,0 kg = 1000 g
Q = Qrecipiente + Qágua => Q = C.Δθ + m.c.Δθ
Q = 2,0.102.25 + 1000.1,0.25 => Q = 5000 + 25000 => Q = 3,0.104 cal
Resposta: 3,0.104 cal
Exercício 2:
Uma fonte térmica fornece calor com potência de 30 W (W = J/s). Um bloco homogêneo, de massa 100 g, recebe calor desta fonte e sua temperatura se eleva de 20 ºC a 30 ºC durante o intervalo de tempo de 90 s. Qual é o calor específico da substância que constitui o bloco?
Resolução:
Pot = Q/Δt => Pot = m.c.Δθ/Δt => 30 = (100.c.10)/90 => c = 2,7 J/g.ºC
Resposta: 2,7 J/g.ºC
Exercício 3:
Determine o intervalo de tempo necessário para aquecer 20 L de água de 20 ºC a
50 ºC, utilizando-se um coletor solar que fornece calor com potência média de
3,0 kW.
Dados:
calor específico da água: 1,0 cal/g.ºC
densidade da água: 1,0 g/cm3
1 cal = 4 J
Resolução:
Cálculo da massa de água: m = d.V
Sendo d = 1,0 g/cm3 e V = 20 L = 20.103 cm3, vem:
m = 1,0 (g/cm3).20.103 cm3 = 20.103 g
Q = m.c.Δθ => Q = 20.103.1,0.30 => Q = 6,0.105 cal = 24.105 J
Pot = Q/Δt => 3.103 = (24.105)/Δt => Δt = 800 s = 13 min 20 s
Resposta: 13 min 20 s
Exercício 4:
Dois blocos cúbicos, A e B, de mesmo material e arestas iguais a 20 cm e 10 cm, respectivamente, estão inicialmente à temperatura de 20 ºC. Os blocos são aquecidos e recebem a mesma quantidade de calor. Se o bloco A atinge a temperatura de 30 ºC, qual é a temperatura atingida pelo bloco B?
Resolução:
Sendo constituídos de mesmo material os cubos possuem a mesma densidade.
O volume do cubo A é VA = (20 cm)3 = 8000 cm3 e o volume do cubo B é
VB = (10 cm)3 = 1000 cm3.
De m = d.V, concluímos que a massa de A é oito vezes maior do que a de B:
mA = 8.mB
De QA = QB, vem: mA.c.(30-20) = mB.c.(θ-10) =>
8mB.c.(30-20) = mB.c.(θ-20) => θ = 100 ºC
Resposta: 100 ºC
Exercício 5:
Pretendendo determinar o calor específico de um líquido o professor Adalberto levou seus alunos ao laboratório do colégio e fez a seguinte experiência: aqueceu 400 g de água com uma fonte de potência constante e observou que após 5 minutos a temperatura da água sofreu uma elevação de 20 ºC. Utilizando a mesma fonte de calor, substituiu a água por 800 g do líquido cujo calor específico pretendia determinar. Constatou que após 3 minutos a temperatura do líquido aumentou de
12 ºC. Qual foi o valor encontrado para o calor específico do líquido, sabendo-se que o da água é 1,0 cal/g.ºC? Para o cálculo o professor Adalberto desprezou as perdas de calor para o meio ambiente e as capacidades térmicas dos recipientes que contêm a água e o líquido.
Resolução:
Sendo utilizada a mesma fonte de calor, concluímos que a potência é a mesma:
Pot = Qágua/Δtágua => Qlíquido/Δtlíquido => (400.1,0.20)/5 = (800.c.12)/3 =>
c = 0,50 cal/g.ºC
Resposta: 0,50 cal/g.ºC
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