AULA 6:CALOR E ENERGIAAPOSTILA AZUL – PÁG 55

Surgimento do termômetro

1592: Galileu inventou o primeiro termômetro (termoscópio).

1631: Ray “melhorou” o termoscópio.

1635: Duque construiu termômetro usando álcool: congela em temperatura mais baixa que a água

1640: italianos começam a construir um termômetro moderno (com mercúrio).

Lei dos gases:

Boyle: estudava as propriedades de compressibilidade do ar atmosférico e de outro gases.

Fez experiências de medição do volume de ar sob várias pressões.

Lei de Boyle: volume do gás, a uma determinada temperatura, é inversamente proporcional à pressão a que

ele é submetido.

Lei dos gases:

GayLussac estudou a expansão dos gases quando aquecidos:

“a pressão de qualquer gás, contido em determinado

volume, aumenta em 1/273 de seu valor inicial para cada

grau centígrado de temperatura”.

Fluido de calor:

Black (1728-1799): “calor é um fluido ponderável”, e deu o nome de calor

algo capaz de interpenetrar todos os corpos materiais, fazendo aumentar sua

temperatura.

“uma caloria como sendo a quantidade de calor necessária para elevar a

temperatura de um grama de água de 14,5°C, sob pressão normal, para

15,5ºC.”

Calor é o agente físico que se transfere de um corpo para outro mais frio

devido ao desnível térmico entre ambos.

Lei Fundamental da Calorimetria:

Cálculo do calor recebido

(positivo ou negativo) por um

corpo, quando não ocorre

mudança de estado físico:

Lei fundamental da calorimetria:

Quando o corpo recebe calor, que é usado para mudança de estado físico, a sua temperatura

permanece constante e a quantidade de calor é dada por:

Teoria cinética dos gases:

Boyle: lei proporcionalidade inversa entre a pressão e o volume dos gases.

Quando as moléculas se movem com mais rapidez:

- mais moléculas atingirão qualquer área da parede por segundo.

- o vigor de cada impacto determinado pelo momento mecânica aumentará.

Ambos efeitos são proporcionais às velocidades das moléculas, a pressão aumentará na razão

direta ao quadrado da velocidade (ou da energia cinética das moléculas).

Teoria cinética dos gases:

Como vimos com GayLussac, a pressão do gás mantido em volume constante é proporcional à sua temperatura absoluta (que é a medida da energia do movimento térmico das moléculas). Reunindo essas leis, temos:

PV/T = nR

Exemplo 1:

Mediu-se a temperatura de 20 L de gás hidrogênio (H2) e o valor encontrado foi de 27 ºC a

700 mmHg. O novo volume desse gás, a 87 ºC e 600 mmHg de pressão, será quanto?

Exemplo 2:

Um volume de 10 L de um gás perfeito teve sua pressão aumentada de 1 para 2 atm e sua temperatura aumentada de -73 °C para +127 °C. O volume final, em litros, alcançado pelo gás é quanto?

T (K) = T (ºC) + 273 T (K) = T (ºC) + 273

T (K) = -73 + 273 T (K) = 127 + 273

T (K) = 200 K T (K) = 400 KP1V1 = P2V2

T1 T2

1 . 10 = 2. V2

200 400

400V2 = 4 000V2 = 10 L

Exemplo 3:

Aquecedores solares usados em residências têm o objetivo de elevar a temperatura da água até 70 °C. No entanto, a temperatura ideal da água para um banho é de 30 °C. Por isso, deve-se misturar a água aquecida com a água à temperatura ambiente de um outro reservatório, que se encontra a 25 °C. Qual a razão entre a massa de água quente e a massa de água fria na mistura para um banho à temperatura ideal?

O equilíbrio térmico é atingido quando as temperaturas dos dois corpos ficam iguais. Quando isso ocorre, a quantidade de calor cedida pela água quente é igual ao calor recebido pela água fria. Assim, podemos utilizar a equação:

Q1= - Q2

m1.c. ΔT1= -m2.c. ΔT2

O índice 2 é atribuído à água quente, e o índice 1, à água fria. O sinal negativo é dado a Q2 porque a água quente cede calor para a água fria, ou seja, perde parte de sua energia.

Como c é um valor constante, já que se trata da mesmasubstância, ele pode ser simplificado na equação, e o ΔT deveser substituído pela diferença entre as temperaturas final einicial da água:

m1.(Tf - Ti)1= - m2.(Tf - Ti)2

Substituindo os dados do problema, temos:

m1.(30 - 25) = - m2.(30 – 70)

m1.(5) = - m2.(-40)

5m1 = 40m2

m2/m1 = 5/40

m2/m1 = 0,125

Exemplo 4:

Uma barra de ferro de massa de 4kg é exposta a uma fonte de calor e tem sua temperatura

aumentada de 30 ºC para 150 ºC. Sendo o calor específico do ferro c = 0,119 c/g.ºC,

calcule a quantidade de calor recebida pela barra.

Utilizamos a equação fundamental da calorimetriaQ = m.c.ΔTQ = m.c. (T - T0)e substituímos os dadosQ = 4000 . 0,119. (150 – 30)Q = 476 . 120Q = 57120 calQ = 57,12 kcal