1 Conceito de calorimetria 12 Mudança de fase

2 Introdução 13 Leis gerais das mudanças de fase

3 Definição de caloria 14 Mudança de fase da água

4 Calor específico 15 Resumo das equações e unidades

5 Calorímetro (interativo) 16 Trocas de Calor

6 Tabela de calores específicos 17 Pressão e mudança de fase

7 Capacidade térmica 18 Diagrama de fases (água)

8 Estados Físicos 19 Diagrama de fases (generalizado)

9 Mudança de fase (nomenclatura) 20 Influência da pressão na mudança de fase

10 Vídeos 21 Pressão x temperatura (simulador)

11 Calor Latente 22 Créditos

Calorimetria é a parte da Física queestuda as trocas de energia entre corposou sistemas quando essas trocas se dãona forma de calor.

Introdução

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Quando um corpo recebe ou cede uma certa quantidade de energia térmica,podemos observar, como consequência, uma variação de sua temperatura (calorsensível) ou uma mudança em seu estado físico calor latente).

Introdução

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Mudança de fase

Variação de temperatura

Calor latente

Calor sensível

0

0

Q m L

Q m c

A unidade de calor, no SI, é o Joule (J);Usualmente usamos a caloria (cal).

Define-se Caloria como sendo a quantidade de calor necessária para queum grama de água pura, sob pressão normal, tenha sua temperaturaelevada de 14,5°C para 15,5°C.

1cal = 4,186 J1 kcal = 1000 cal

14,5°C 15,5°C

1 g de H2O

Unidades de calor

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Chamamos de Calor específico de umasubstância (c) a razão entre a quantidade decalor que a substância troca (Q) e o produtoentre a sua massa (m) e a variação detemperatura sofrida (∆T).Esta grandeza tem sua unidade de medida noSistema Internacional de Unidades ( S.I ) emJ / kg . K, porém a mais usada é a cal/g . °C.

Qc

m

O calor específico de uma substância representa a quantidade de calornecessária para que 1 grama da substância eleve a sua temperatura em 1°C.

Q m c

Que maceTe!

Equação Fundamental

da Calorimetria

Calor específico

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O Calorímetro é um aparelho utilizado em laboratório com o objetivo de si realizarexperiências envolvendo trocas de calor entre corpos ou substâncias.

Calorímetro

Calor específico médio de algumas substâncias:

SUBSTÂNCIA c (cal/g.°C)

Areia seca 0,190

Gelo 0,550

Água líquida 1,000

Vapor d’água 0,480

Álcool etílico 0,548

Alumínio 0,219

Mercúrio 0,033

Prata 0,056

Vidro 0,200

Ferro 0,110

Chumbo 0,0031

Cobre 0,0093

O calor específico é uma característica do material(substância) que constitui o corpo.

Q

m c

Calores específicos

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A capacidade térmica (C) de um corpo é a razãoentre a quantidade de calor (Q) que o corpo troca(ganhando ou perdendo) e a variação detemperatura (∆T)que ele sofre nesta troca.Sua unidade de medida no Sistema Internacionalde Unidades ( S.I ) é o J / K, sendo que a maisusada é a cal / °C

QC

Vale destacar que a capacidadetérmica é uma característica docorpo, portanto, dois objetos demateriais diferentes podemapresentar à mesma capacidadetérmica.

C m c

Capacidade térmica

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Quando é analisado microscopicamente um corpo nos estados sólido, líquido e gasoso, nota-seque:No estado sólido, as partículas que constituem o corpo possuem uma grande vibração em torno desua posição;No estado líquido, as partículas, além de vibrarem, apresentam movimento de translação nointerior do líquido;No estado gasoso, as partículas, além de vibrarem intensamente, também transladam com grandevelocidade no interior da massa gasosa.

Estados físicos da matéria

• Fusão: passagem de sólido para líquido;• Solidificação: passagem de líquido para sólido;• Vaporização: passagem de líquido para vapor;• Condensação: passagem de vapor para líquido;• Sublimação: passagem de sólido para vapor ou vapor para sólido, processo

também conhecido como cristalização.

Mudança de fase

Quando alteramos as condições físicas de pressão e temperatura, podemos alteraro estado de agregação da matéria. Por ora, trataremos da mudança de fase sobpressão constante, variando somente a temperatura. Processos de mudança:

Estados físicos da matéria

O calor latente, de uma mudança de estado, é aquantidade de calor que a substância recebe oucede, por unidade de massa, durante atransformação, mantendo-se constante atemperatura, desde que a pressão não se altere.Matematicamente, podemos expressá-lo por:

Q m L Que moLeza!

Importante lembrar que a temperaturapermanece inalterada durante todo oprocesso de mudança de fase.

Calor latente

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Estados físicos da matéria

Se a pressão for mantida constante, durante a mudança de fase, atemperatura se mantém constante.

Para uma dada pressão, cada substância tem a sua temperatura de mudançade fase perfeitamente definida.

Variando a pressão, as temperaturas de mudança de fase também variam.

Estados físicos da matéria

Resumo

Grandeza Símbolo Unidade no S.I. Unidade usual

Quantidade de calor Q joule (J) caloria (cal)

Massa m quilograma (kg) grama (g)

Calor específico c J/kg.K cal/g.°C

Variação de temperatura ∆θ K °C

Intervalo de tempo ∆t s s

Capacidade térmica C J/K cal/°C

Calor latente L J/kg cal/g

Fluxo ou potência f ou P J/s cal/s

Rendimento η 1 1

útil fonteP P

útilQ m c QC

C m c útilQ m L

fonte

útil

Tempo

QP

t

Para que não hajainfluência do meioexterno nas trocas decalor, é necessáriocolocá-los em umcalorímetro.

Quando dois ou mais corpos, que estão em temperaturas diferentes, sãocolocados em contato, ocorrem espontaneamente trocas de calor entre eles,que cessam ao ser atingido o equilíbrio térmico.

Calor

0Q

AAB B

A B A B

0A BQ Q

Trocas de calor

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1. Supor que o equilíbrio ocorra a 0°C e calcular as quantidades decalor envolvidas no processo.

2. Analise os resultados obtidos:

• Se |QA| < |Q1G|: O equilíbrio se dará abaixo de 0°C, assimteremos solidificação da água, logo:

água A A AQ m c 1Gelo G G GQ m c 2Gelo GQ m L

1 1 2 3 0Gelo água água água

Q Q Q Q

' 0G G G A A A A A G Gm c m c m L m c

2. Analise os resultados obtidos:

• Se |QA| > |Q1G|+|Q2G|: O equilíbrio se dará acima de 0°C, assimteremos:

• Se |QA| < |Q1G|+|Q2G|: O equilíbrio se dará a 0°C e uma parte dogelo não sofrerá fusão, resultando em uma mistura de água egelo. Se necessário, calcule a massa de gelo que funde.

• Se |QA| = |Q1G|+|Q2G|: O equilíbrio se dará a 0°C e todo o gelofundirá.

1 2 3 0Gelo Gelo Gelo Água

Q Q Q Q

' 0G G G G G A A A A Am c m L m c m c

Diagramas de fase

Terra

Atmosfera

Nível do mar

1 p atm

1 p atm

1 p atm

Fp

A

p h

Diagramas de fase

Diagramas de fase

Diagrama de fases da águaebulição

fusão

Água p

1 atm

00 C 0100 C

fase sólida

ponto triplo

ponto crítico

fase líquida

fase gasosa

gás (fluído supercrítico)

vapor superaquecido

Diagramas de fase

Diagramas de fase

Diagramas de fase

Influência da pressão

ebulição

fusão

Água p

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Instruções