CALORIMETRIA: ABSORO DE CALOR POR SLIDOS E LQUIDOS

TPICOS DA AULA:

1- Calor Sensvel, Capacidade calorfica e Calor Latente de Transformao (de Vaporizao e de Fuso);

2- Calor especfico;

3- Calor especfico molar;

CALOR SENSVEL E CALOR LATENTE Calor sensvel e calor latente so grandezas fsicas que

descrevem a quantidade de calor que se precisa adicionar ou

remover de uma substncia para que ela sofra alguma variao

trmica. Veja a seguir suas definies.

Calor sensvel a quantidade de calor necessria para que

uma unidade de massa de uma substncia altere sua

temperatura em 1 grau.

Essa denominao s dada para o caso em que o calor

recebido apenas altera a temperatura do material,

permanecendo este no mesmo estado de agregao.

CALOR SENSVEL Um exemplo desse tipo de situao um pedao

de metal que se aquece quando colocado prximo ao fogo, porm continua no estado slido.

O calor sensvel, tambm chamado por calor especfico sensvel, representado pela letra c e depende do tipo de material e do seu estado de agregao.

CALOR SENSVEL Por exemplo:

Para a gua no estado lquido, temos: c = 1 cal/ g oC.

Isso significa que necessrio fornecer 1 cal para que 1g de gua aumente sua temperatura em 1 oC ou que necessrio retirar 1 cal para que a temperatura diminua em 1 oC.

Mas para a gua em estado slido, essa quantidade j c = 0,5 cal/ g oC.

CALOR SENSVEL

A definio de calor sensvel est relacionada tambm

com o conceito de Capacidade trmica, que corresponde

quantidade de calor que a massa total de um corpo

precisa receber ou perder para que sua temperatura

varie 1 oC . dada por:

C = m c Onde: C Capacidade trmica;

m massa do objeto;

c calor especfico.

CAPACIDADE CALORFICA

A capacidade calorfica C de um objeto a

constante de proporcionalidade entre o

calor Q que o objeto absorve ou perde e a

variao de temperatura T resultante do

objeto.

CAPACIDADE CALORFICA

A equao utilizada para calcular o calor sensvel de um material :

Q = m c T Como C = m c, temos:

Q = C T = C (TF To) Sendo:

Q quantidade de calor;

m massa da substncia;

c calor especfico da substncia (ver Tabela);

T Variao de temperatura = TF To;

TROCAS DE CALOR Para um estudo com maior preciso usa-se o calormetro - recipiente

fechado incapaz de trocar calor entre o ambiente e seu interior;

Os corpos colocados trocam calor at atingir o equilbrio trmico;

Como os corpos no trocam calor com o calormetro e nem com o meio

em que se encontram, toda a energia trmica passa de um corpo ao

outro;

Ao absorver calor Q > 0 e ao transmitir calor Q < 0, a soma de todas as

energias trmicas nula, ou seja:

Q = 0

Q1 + Q2+ Q3+ ... + Qn = 0

sendo que as quantidades de calor podem ser tanto sensvel como latente.

CALOR LATENTE

Calor latente - L, a quantidade de calor que, ao

ser fornecida ou retirada de um corpo, no altera

sua temperatura, mas causa mudana em seu

estado de agregao.

Quantidade de calor por unidade de massa que

necessrio fornecer ou retirar de um objeto para

mudar o seu estado de agregao.

CALOR LATENTE

Observamos esse fenmeno no derreter do gelo,

em que possvel ver a gua no estado slido e

lquido mesma temperatura.

O calor que est sendo fornecido para a

substncia revertido totalmente para a mudana

de fase, e no para o aumento da temperatura.

CLCULO DO CALOR LATENTE O calor latente calculado com a expresso:

Q = m L Onde:

Q Quantidade de calor;

m Massa da substncia; L Calor latente.

Se a substncia recebe calor para alterar seu estado, que

o que ocorre na fuso e na vaporizao, ento o valor de L

positivo. Mas se a substncia perde calor, L negativo,

sendo o que ocorre na solidificao e liquefao.

CLCULO DO CALOR LATENTE

Quando a mudana de fase da lquida para a

gasosa (absorve calor) ou da gasosa para a lquida

(libera calor), o calor latente de vaporizao Lv.

Para a gua, em sua temperatura normal de

evaporao ou de condensao,

Lv = 539 cal/g = 40,7 kJ/mol = 2256 kJ/kg.

CLCULO DO CALOR LATENTE

Quando a mudana de fase da slida para a

lquida (absorve calor) ou da lquida para a slida

(libera calor), o calor latente de fuso LF.

Para a gua, em sua temperatura normal de

congelamento ou de fuso,

LF = 79,5 cal/g = 6,01 kJ/mol = 333 kJ/kg.

ALGUNS CALORES ESPECFICOS E CALORES ESPECFICOS MOLARES NA TEMPERATURA AMBIENTE

CALORES ESPECFICOS DE ALGUMAS SUBSTNCIAS (em cal/g oC)

Quando: Q > 0: o corpo ganha calor. Q < 0: o corpo perde calor.

UNIDADE DE CALORIA

Caloria (cal) foi definida como a quantidade de calor

que aumentaria a temperatura de 1g de gua de 14,5

oC para 15,5 oC.

No sistema britnico, a unidade correspondente de

calor era a Btu = British thermal unit - Unidade trmica

britnica, definida como a quantidade de calor que

aumentaria a temperatura de 1 lb de gua de 63 oF a

64 oF.

CALOR ESPECFICO DA GUA

cgua = 1 cal/ g oC

= 1 Btu/lb oF

= 4190 J/ kg K

1 cal = 3,969 x 10-3 Btu = 4,1868 J,

Onde:

J = Joule.

ALGUNS CALORES DE TRANSFORMAO

SUBSTNCIA

FUSO EVAPORAO

PF (em K) Calor de Fuso

Lf (em kJ/kg)

PE (em K) Calor de

Vaporizao Lv

(em kJ/kg)

HIDROGNIO 14,0 58,0 20,3 455

OXIGNIO 54,8 13,9 90,2 213

MERCRIO 234 11,4 630 296

GUA 273 333 373 2256

CHUMBO 601 23,2 2017 858

PRATA 1235 105 2323 2336

COBRE 1356 207 2868 4730

CALORES LATENTES DA GUA

Quando:

Q > 0: o corpo funde ou vaporiza.

Q < 0: o corpo solidifica ou condensa.

CURVA DE AQUECIMENTO

Calor latente no depende de .

Assim podemos elaborar um grfico da Curva de Aquecimento de T X Q.

FLUXO DE CALOR Para que um corpo seja aquecido, normalmente, usa-se

uma fonte trmica de potncia constante capaz de fornecer

uma quantidade de calor por unidade de tempo.

Fluxo de calor () que a fonte fornece de maneira

constante como o quociente entre a quantidade de calor (Q) e

o intervalo de tempo de exposio (t):

Unidade no SI: Watt (W)

1W = 1J/s

Outras unidades: cal/s, cal/min, kcal/s.

FLUXO DE CALOR Exemplo: Uma fonte de potncia constante igual a 100W

utilizada para aumentar a temperatura de 100g de mercrio para

30C. Sendo o calor especfico do mercrio 0,033cal/g.C e 1cal =

4,186J, quanto tempo a fonte demora para realizar este

aquecimento? Aplicando a equao do fluxo de calor:

= /

=414,513

100/

= 4,145 s