CALORIMETRIA Calor. CALORIMETRIA Potência ou Fluxo de Calor

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1 CALORIMETRIA Calor É a transferência de energia de um corpo para outro, decorrente da diferença de temperatura entre eles. quente frio Unidades de calor 1 cal = 4,186 J (no SI) 1 kcal = 1000 cal Fluxo de calor CALORIMETRIA Potência ou Fluxo de Calor Se medirmos o intervalo de tempo durante o qual uma fonte térmica (fogão a gás) fornece determinada fonte de calor, definimos potência como: Unidades de Potência: J/s = watt (W) (no SI) ou cal/min ou cal/s.

2 CALORIMETRIA: Calor específico (cp) É a quantidade de calor necessária para variar a temperatura de 1g de determinada substância, de 1 o C. Essa variação depende de cada substância, por exemplo: O calor específico do ferro é aproximadamente 0,11cal/g. o C, isto significa que 1g de ferro necessita de 0,11 cal para elevar sua temperatura de 20 o C para 21 o C, ou seja, aumentar 1 o C. CALORIMETRIA: Calor específico (cp) Água

3 Equação fundamental da calorimetria t i t f quente frio m m Fluxo de calor Q Observações: Se t f > t i o corpo recebe calor, isto é, Q > 0. Se t f < t i o corpo cede calor, isto é, Q < 0. A capacidade térmica do corpo é: C = m.cp Fases da matéria Fases Força de atração entre os átomos Energia devido às vibrações Temperatura Forma Volume Sólida Fortes Pequena Baixa Definida Definido Líquida Moderadas Moderada Média Variável Definido Gasosa fracas grande Alta Indefinida Indefinido

4 Mudanças de fase Endotérmicas sublimação fusão vaporização Sólido Líquido Gasoso Exotérmicas solidificação sublimação condensação Endotérmicas absorvem calor. Exotérmicas cedem calor. Tipos de Vaporização Evaporação: É um processo lento que se verifica apenas na superfície do líquido, seja qual for sua temperatura. Ex: Pote de barro, álcool na pele, etc. Ebulição: É um processo tumultuoso que ocorre na temperatura de ebulição e que se verifica em toda massa líquida. Depende da pressão. Ex: água fervendo. Calefação: É um processo rápido que ocorre numa temperatura superior a de ebulição. Ex: jogar água numa chapa de fogão bem aquecida (acima de 100 o C).

5 Calor sensível e calor latente Sensível: É o calor que quando fornecido a uma substância ou cedido por ela, provoca apenas variação na sua temperatura. Latente: É o calor que quando fornecido a uma substância ou cedido por ela, provoca uma mudança no seu estado físico (mudança de fase) sem que varie a sua temperatura. Q = m.l EXERCÍCIOS 1.Tem-se 300 g de um certo líquido à temperatura de 30 C. Fornecendo-se 600 cal diretamente a esse líquido, sua temperatura sobe para 35 C. Sabe-se que esse fenômeno é regido pela expressão Q = m.cp.(t f -T i ). Pede-se o valor do calor específico do líquido.

6 EXERCÍCIOS 2. (Unitau-SP) Um líquido está a -10 C. Se o calor específico desse líquido é 0,5 cal/g. C, uma fonte que fornece 50 cal/min deverá aquecer 100 g desse líquido até atingir 30 C em: a) 10 min b) 25 min c) 40 min d) 50 min Calor sensível e calor latente Figura 1: Há fornecimento de calor, porém só ocorre mudança na sua temperatura (calor sens ível). Figura 2: Há fornecimento de calor, porém só ocorre mudança no estado físico, sem que haja variação na temperatura (calor latente). Figura 3: Há fornecimento de calor, porém só ocorre mudança na sua temperatura (calor sens ível). Figura 4: Há fornecimento de calor, porém só ocorre mudança no estado físico, sem que haja variação na temperatura (calor latente).

7 Curvas de aquecimento e resfriamento Vamos supor que tenhamos, num recipiente, certa massa de gelo inicialmente a -20 C, sob pressão atm. Se levarmos esse sistema ao fogo (figura abaixo), acompanhando como varia a temperatura no decorrer do tempo, veremos que o processo todo pode ser dividido em cinco etapas distintas: Vaporização da água líquida da 100 C aquecimento do vapor acima de 100 C (supondoo confinado a um recipiente) - aquecimento da água líquida de 0 C a 100 C - fusão do gelo a 0 C - aquecimento do gelo de -20 C a 0 C

8 - resfriamento do vapor de 110 C a 100 C - condensação do vapor a 100 C - resfriamento da água líquida de 100 C a 0 C solidificação da água a 0 C resfriamento do gelo abaixo de 0 C EXERCÍCIOS 3. Sendo Ls = -80 cal/g o calor latente de solidificação da água, calcule quantas calorias devem perder 600 g de água líquida, a 20 C, até sua total solidificação. O calor específico da água é 1 cal/g. C.

9 EXERCÍCIOS 4. Quantas calorias são necessárias para transformar 100 g de gelo, a -20 C, em água a 60 C? O gelo se funde a 0 C, tem calor específico 0,5 cal/g. C e seu calor latente de fusão é 80 cal/g. O calor específico da água é 1 cal/g. C. Construa a curva de aquecimento do sistema. 5. Temos inicialmente 200 gramas de gelo a -10 C. Determine a quantidade de calor que essa massa de gelo deve receber para se transformar em 200 g de água líquida a 20 C. Trace a curva de aquecimento do processo. (Dados: calor específico do gelo = 0,5 cal/g C; calor específico da água = 1 cal/g C; calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g.)

10 Curva de aquecimento do processo:

11 Curva de aquecimento do processo: TERMOLOGIA: Temperatura É a medida da agitação das moléculas de um corpo. É uma descrição quantitativa para verificar se um corpo é quente ou frio. Corpo quente: maior agitação Corpo frio: menor agitação

12 TERMOLOGIA: Equilíbrio Térmico T A T B T A temperatura de equilíbrio é menor que T A e maior que T B. T A > T > T B TERMOLOGIA: Escalas termométricas Celsius(ºC) 100ºC Ponto de ebulição da água Kelvin(K) 373,15 K Fahrenheit( o F) 212ºF Rankine(R) 671,67 R Ponto de fusão do gelo 0ºC 273,15 K 32ºF 491,69 R Zero Absoluto - 273,15ºC 0 K - 459,67ºF 0R

13 Relação entre as escalas Celsius( o C) 100 o C Kelvin(K) 373,15 K Fahrenheit( o F) 212 o F Rankine(R) 671,67 R Temperatura qualquer TC TK TF TR Dividindo-se o denominador por 20: 0 o C 273,15 K 32 o F 491,69 R PROCESSOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR 1. Convecção: No processo de convecção quando resfriamos uma parte do fluido, ele diminui de volume, torna-se mais denso e desce. Ao mesmo tempo, seu lugar vai sendo ocupado pelas camadas menos densas, ou seja, mais quentes, que estão abaixo dela. Convecção

14 Convecção PROCESSOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR 1.1. A lei de resfriamento de Newton Considerando a transferência de calor que ocorre no contato de um fluido em movimento e uma superfície de área A, quando os dois se encontram a temperaturas diferentes, a equação que descreve a taxa de transferência de calor convectiva é conhecida como a lei do resfriamento de Newton e é dada por: PROCESSOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR 2. Condução: Condução Na condução o processo de transferência de energia se dá através da vibração das moléculas. Essa vibração ocorre sem deslocamento das mesmas. Uma molécula transmite vibração para outra, na medida que são submetidas à variação de temperatura. O ferro é bom condutor: o calor se propaga rapidamente da extremidade B a extremidade A.

15 PROCESSOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR 2.1. Lei da Condução: Condução A quantidade de calor que atravessa uma superfície pelo intervalo de tempo depende da área da parede A, da espessura e, da diferença de temperatura T2-T1 e da natureza do material que constitui a parede. Para um dado material, a taxa de transferência de calor é tanto maior quanto maior a área A, quanto maior a diferença de temperatura, e quanto menor a espessura e. O fluxo é diretamente proporcional à área A e à diferença de temperatura, e inversamente proporcional à espessura e. PROCESSOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR Lei de Fourier da Condução: Condução

16 Irradiação PROCESSOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR 3. Irradiação: A irradiação não necessita de meio material para propagar o calor. A radiação que aquece os objetos é a infravermelha ou radiação térmica. PROCESSOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR 3.1. Lei de Stefan-Boltzmann: Irradiação Onde: E poder emissivo,w/m 2 ; T temperatura do corpo, K; e emissividade do corpo. (constante de proporcionalidade de Stefan-Boltzmann) Todos os objetos estão irradiando (emitindo) calor continuamente!