Calorimetria

É a parte da Termologia que estuda a quantidade de calor recebida ou perdida por

um corpo.

INTRODUÇÃO

Quando  um  corpo   recebe   ou  cede calor, ocorre  uma  transformação: variação de temperatura  ou  mudança  de estado físico. No primeiro caso, dizemos que se trata de calor sensível e, no segundo, calor latente.

CAPACIDADE TÉRMICA E CALOR ESPECÍFICO

Definimos capacidade térmica C de um corpo como sendo a quantidade de calor necessária por unidade de variação de temperatura do corpo:

Continuação...

A capacidade térmica  C  é uma característica do corpo e não da substância. Assim, diferentes blocos de chumbo têm diferentes capacidades térmicas, apesar de serem de mesma substância (chumbo).

   Da definição de capacidade térmica podemos obter as suas unidades de medida:

Continuação...

Quando considerarmos a capacidade  térmica da  unidade  de massa temos o calor específico c da substância considerada:

Continuação...

Calor específico c é uma característica da   substância e não do corpo.  Assim,  cada substância tem o seu calor específico, diferentes blocos de chumbo têm o mesmo calor específico, pois são de mesma substância.

   As unidades mais usadas de calor específico são:

EQUAÇÃO FUNDAMENTAL DA CALORIMETRIA

A quantidade de calor sensível recebida ou cedida por um corpo, em função da variação de temperatura, pode ser expressa da seguinte forma:

PRINCÍPIO FUNDAMENTAL DA CALORIMETRIA

Se vários corpos, no interior de um recipiente isolado termicamente, trocam calor, os de maior temperatura cedem calor aos de menor   temperatura, até que se estabeleça o equilíbrio térmico.

   A soma algébrica dos calores trocados é igual a zero:

Quantidade de calor latente

Quantidade de energia térmica recebida ou cedida por um corpo, para exclusivamente mudar de estado físico.

Unidade(S.I) J/kg(prática) cal/g

L > 0 – absorve calor durante a mudança L < 0 – cede calor durante a mudança

MUDANÇA DE ESTADO

Transmissão de Calor

Condução TérmicaConvecção TérmicaIrradiação Térmica

Condução Térmica

Definição: Propagação de calor em que a energia térmica

é transmitida de partícula para partícula; não há transporte das partículas; há somente transmissão de energia térmica.

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Condutores Térmicos São aqueles que possuem elevado coeficiente de

condutibilidade térmica. Ou seja, são materiais que conduzem calor com

facilidade. Ex.: Os metais são excelentes condutores.

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Isolantes Térmicos

Ao contrário dos condutores, os isolantes conduzem muito pouco calor.

Ex.: O ar, a neve

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Convecção TérmicaDefinição: É um processo de transmissão em que a energia térmica é propagada mediante o transporte de matéria; há deslocamento de partículas; só acontece em fluidos, ou seja, em líquidos e gases.

Irradiação TérmicaDefinição: A Irradiação é a transmissão de energia, sem que

haja contato físico entre eles; Essa transmissão ocorre por meio dos

denominados raios infravermelhos, que são ondas eletromagnéticas.

Estudo dos gases ideais.

Variáveis de estado: Pressão, volume e temperatura.

Condição: Baixa pressão e alta temperatura.

Estudo dos gases ideais.

Equação de Clapeyron

Equação geral dos gases:

2

22

1

11 ..

T

VP

T

VP

TRnVP ...

Estudo dos gases ideais.

Isotérmico: Temperatura constante

Estudo dos gases ideais.

Isobárico: Pressão constante.

Estudo dos gases ideais.

Isométrico: Volume constante

Energia interna de um gás (U)

Defini-se como energia interna de um gás, como sendo a somatória das diversas parcelas de energia do gás, tais como, energia cinética média das moléculas, energia cinética de rotação das moléculas, energia potencial...etc

TnRU 2

3

aumenta) (U 00 UT

diminui) (U 00 UT

constante) (U 00 UT Isotérmica

Termodinâmica

1º Lei da Termodinâmica: Lei da conservação da energia.

UQ

Primeiro princípio termodinâmico

Energia trocada na forma de trabalho

p. V

VV 0 V

V 0 V

EXPANSÃO

COMPRESSÃO

0

0

Primeiro princípio termodinâmicoGráficos

2

Np( )

m

3V(m )

2

Np( )

m

3V(m )

0 0

Área = Trabalho

Transformações

Isotérmica temperatura constante

1P

V

2

Np( )

m

3V(m )

Q

U 0

TransformaçõesIsobárica Pressão constante

V T

T(K)

3V(m )

Q U

Transformações

Isométrica Volume constante

P T

T(K)

Q U2

Np( )

m

0

TransformaçõesAdiabática

U

Não troca calor com o meio externo Q 0

Se caracteriza pela rapidez

Segunda Lei da Termodinâmica

O calor passa espontaneamente do corpo de maior temperatura para o corpo de menor temperatura, porém o processo inverso é improvável, ou, praticamente impossível.

É impossível construir um dispositivo que operando ciclicamente, retire calor de uma fonte térmica e o converta integralmente em trabalho.

Máquinas térmicas:

São dispositivos que operando em ciclos, retiram calor de uma fonte quente, convertem parte deste calor em trabalho e rejeitam o restante para uma fonte fria. Ex: máquinas a vapor

Esquema de uma máquina térmica

FONTE QUENTE (T1)

FONTE FRIA (T2)

Trabalho ()

Q1

Q2

= Q1 - Q2

1

2

1 Q

Q - 1

Q

0 1

O rendimento é adimensional, mas pode ser dado em %.

Rendimento de uma máquina térmica ()

Professor Glayson

Ciclo de Carnot:

Carnot idealizou um ciclo onde o rendimento seria máximo (Ciclo de Carnot).

O ciclo de Carnot é constituído por duas transformações isotérmicas e duas adiabáticas, todas reversíveis, assim como o próprio ciclo.

A

B

CD

P

V0

T1

T2

AB - ISOTÉRMICA ( expansão)BC - ADIABÁTICA (expansão)CD - ISOTÉRMICA (contração)DA - ADIABÁTICA (contração