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Física, Calorimetria

Apresentação para aulas no Colégio Estadual Leonor Calmon
by

Gustavo Menezes

on 20 March 2012

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Transcript of Física, Calorimetria

TRANSMISSÃO DE CALOR
Sendo que as quantidades de calor podem ser tanto sensível como latente.
Trocas de calor
Para que o estudo de trocas de calor seja realizado com maior precisão, este é realizado dentro de um aparelho chamado calorímetro, que consiste em um recipiente fechado incapaz de trocar calor com o ambiente e com seu interior.

Dentro de um calorímetro, os corpos colocados trocam calor até atingir o equilíbrio térmico. Como os corpos não trocam calor com o calorímetro e nem com o meio em que se encontram, toda a energia térmica passa de um corpo ao outro.

Como, ao absorver calor Q>0 e ao transmitir calor Q<0, a soma de todas as energias térmicas é nula, ou seja:

ΣQ=0

(lê-se que somatório de todas as quantidades de calor é igual a zero)
Calor latente está associada a mudança de fase e se refere a quantidade de calor que 1g da substância calculada necessita para mudar de uma fase para outra. Q = m . L

Além de depender da natureza da substância, este valor numérico depende de cada mudança de estado físico.

Por exemplo, para a água:

Calor latente de fusão -> 80cal/g
Calor latente de vaporização -> 540cal/g
Calor latente de solidificação -> -80cal/g
Calor latente de condensação -> -540cal/g

Quando:

Q>0: o corpo funde ou vaporiza.

Q<0: o corpo solidifica ou condensa.
É denominado calor sensível, a quantidade de calor que tem como efeito apenas a alteração da temperatura de um corpo.

Este fenômeno é regido pela lei física conhecida como Equação Fundamental da Calorimetria, que diz que a quantidade de calor sensível (Q) é igual ao produto de sua massa, da variação da temperatura e de uma constante de proporcionalidade dependente da natureza de cada corpo denominada calor específico.

Assim:
Q = m.c.Δθ
Onde:

Q = quantidade de calor sensível (cal ou J).

c = calor específico da substância que constitui o corpo (cal/g°C ou J/kg°C).

m = massa do corpo (g ou kg).

Δθ = variação de temperatura (°C).
Calor é a transferência de energia térmica entre corpos com temperaturas diferentes.

A unidade mais utilizada para o calor é caloria (cal), embora sua unidade no SI seja o joule (J). Uma caloria equivale a quantidade de calor necessária para aumentar 1°C da temperatura de um grama de água pura, sob pressão normal.

A relação entre a caloria e o joule é dada por:

1 cal = 4,186J

Partindo daí, podem-se fazer conversões entre as unidades usando regra de três simples.

Como 1 caloria é uma unidade pequena, utilizamos muito o seu múltiplo, a quilocaloria.

1 kcal = 10³cal
Calor
Calor
O que é Calor?
Calorimetria
Troca de Calor....
Photo credits: 'horizon' by pierreyves @ flickr
Física
Prof.: Gustavo Menezes
após um tempo
Sensível
Latente
Calor Específico de alguns materiais
Qual a quantidade de calor sensível necessária para aquecer uma barra de ferro de 2kg de 20°C para 200°C? Dado: calor específico do ferro = 0,119cal/g°C.

2kg = 2000g

Q = m.c.Δθ
Q = 0,119 . 2000 . (200 - 20)
Q = 0,119 . 2000 . 180
Q = 42480cal = 42,48kcal
Qual a quantidade de calor necessária para que um litro de água vaporize? Dado: densidade da água=1g/cm³ e calor latente de vaporização da água=540cal/g.
1litro=1dm³=10³cm³ Q = m . L
d = m/v
m = d.v Q = 10³ . 540
m = 1x10³g Q = 5400000cal = 540kcal
m = 10³g
v
L
L
Qual a temperatura de equilíbrio entre uma bloco de alumínio de 200g à 20°C mergulhado em um litro de água à 80°C? Dados calor específico: água=1cal/g°C e alumínio = 0,219cal/g°C.
Processo de propagação do calor através das moléculas do meio.

Os materiais em geral apresentam diferentes condutibilidades, ou seja, alguns conduzem mais calor que outros. Os metais costumam ser bons condutores de calor, enquanto o isopor, a lã de vidro, a borracha, o amianto e a madeira são maus condutores; podemos até dizer que são isolantes térmicos (não conduzem calor).
Condução
Convecção Térmica
Podemos observar o fenômeno da convecção no funcionamento de uma geladeira. Existe um motivo para que o congelador esteja sempre na parte superior da geladeira. O congelador esfria o ar, que se torna mais denso e tende a descer. Enquanto desce, ele retira calor dos alimentos que encontra. Nesse tempo, o ar quente das partes inferiores da geladeira tende a subir. Em contato com o congelador, ele esfria e o processo continua.

Podemos então dizer que a convecção é o processo de transmissão de calor através do deslocamento de massas de fluidos (líquidos ou gases).
IRRADIAÇÃO
É a propagação de energia térmica que não necessita de um meio material para acontecer, pois o calor se propaga através de ondas eletromagnéticas.

Imagine um forno microondas. Este aparelho aquece os alimentos sem haver contato com eles, e ao contrário do forno à gás, não é necessário que ele aqueça o ar. Enquanto o alimento é aquecido há uma emissão de microondas que fazem sua energia térmica aumentar, aumentando a temperatura.

O corpo que emite a energia radiante é chamado emissor ou radiador e o corpo que recebe, o receptor.
Capacidade Térmica
Capacidade térmica
É a quantidade de calor que um corpo necessita receber ou ceder para que sua temperatura varie uma unidade.

Então, pode-se expressar esta relação por:

C = m . c

Sua unidade usual é cal/°C.
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