Calorimetria a parte da fsica que estuda as trocas de calor entre os sistemas e sua medidas.

A origem do termo calorNa Antiguidade os Gregos consideravam o fogo como um dos 4 elementos principais e reconheciam a luz e o calor por ele emitidos como sendo propriedades distintas. O primeiro qumico a estudar o calor foi Joseph Black. Nessa altura o calor foi descrito como um fluido que enchia todos os corpos e cujas partculas se repeliam umas s outras. J ento se considerava que a energia perdida, como calor, por um corpo quente era igual energia ganha por um corpo frio. Nascia, assim, a Teoria do Calrico. Em 1787, o calrico foi considerado um elemento qumico, por Lavoisier, e foi includo na Tabela Peridica. No sculo XVIII, Benjamin Thompson, em sequncia de algumas experincias que realizou, ps em causa a Teoria do Calrico, defendendo que o calor no era uma substncia mas sim uma forma de movimento. Thompson verificou que o calor gerado na perfurao ou frico de uma broca em peas de bronze usadas para fazer canhes fazia a gua entrar em ebulio. Destas observaes, Thompson inferiu que o calor seria uma consequncia do movimento das partculas dos corpos e que era transferido da broca para a gua, numa quantidade igual ao trabalho realizado pela broca.

Calor

Calor a energia transferida de um corpo para outro em virtude, unicamente, de uma diferena de temperatura entre esses corpos.O termo calor s deve ser usado para designar a energia em trnsito. A transferncia de calor para um corpo acarreta um aumento na energia de agitao de seus tomos e molculas, isso , acarreta um aumento da energia interna do corpo, o que, em geral, provoca uma elevao na sua temperatura. Portanto, um corpo no possui calor, ele possui energia interna, e quanto maior a sua temperatura, maior a sua energia interna.

As sensaes de frio ou quente que sentimos em nosso dia-a-dia esto relacionadas s trocas de energia entre nosso corpo e o meio ambiente. A sensao de quente est relacionada ao ganho de calor, e a de frio a perda de calor pelo nosso corpo.

Unidades do calorComo o calor uma forma de energia, uma certa quantidade de calor deve ser medida em unidades de energia.

Capacidade Trmica(C) a grandeza fsica que determina o calor que necessrio fornecer a um corpo para produzir neste uma determinada variao trmica. Se um corpo recebe uma quantidade de calor Q e sua temperatura varia de T, a capacidade trmica deste corpo dada por: .

Na figura abaixo, o corpo B tem duas vezes a massa do corpo A, a capacidade trmica dos corpos A e B ser:

Ou seja, devemos fornecer 5 cal ao corpo A para cada 1 C de elevao em sua temperatura. Para o corpo B, devemos fornecer 10 cal para cada

Calor Especfico(c)O calor especfico uma constante para um dado material, no dependendo da quantidade de massa do material. Dessa forma ele uma propriedade do material.Se um corpo de massa m tem uma capacidade trmica C, o calor especfico, c, do material que constitui o corpo dado por:

Na figura ao lado, teremos trs valores para a capacidade trmica do material, C1, C2 e C3. J o calor especfico ser o mesmo, ou seja:

TABELA COM ALGUNS CALORES ESPECFICOSO calor especfico caracterstico de cada material, sendo encontrado em tabelas de propriedades fsico-qumicas de substncias, conforme mostrado ao lado para alguns materiais. O calor especfico da gua bem maior do que os calores especficos de quase todas as demais substncias. Isso significa que, cedendo-se a mesma quantidade de calor a massas iguais de gua e de outra substncia, observa-se que a massa de gua se aquece menos. O calor especfico de um material pode apresentar variaes em determinadas circunstncias. Por exemplo, quando uma substncia passa do estado slido para o estado lquido (ou gasoso), seu calor especfico alterado.

Substn cia

Calor Intervalo de temperatura especfi de validade do calor co em especfico sensvel cal/g.C 0C - 100C 0C - 100C 0C - 210C 0,030 0,031 0,033

Platina Chumbo Mercrio

PrataCobre Nquel Ferro Silcio Alumnio Querose ne Prata lcool

0C - 100C0C - 100C 0C - 100C 0C - 100C 0C - 100C 0C - 100C 0C - 100C 0C - 100C 0C

0,0560,094 0,100 0,110 0,180 0,220 0,510 0,560 0,580

guaAmnia

14,5C - 15,5C20C

1,0001,120

Quantidade de Calor SensvelA quantidade de calor Q absorvida ou liberada por um corpo de massa m e calor especfico c, quando sua temperatura varia de , sem que ocorra mudana de estado fsico, pode ser calculada pela relao:

Q m.c.EQUAO FUNDAMENTAL DA CALORIMETRIA Ex. 1 Um bloco de ferro com massa de 600g est a uma temperatura de 20C. O calor especfico do ferro igual a 0,114 cal/g.C. a) Qual a quantidade de calor que o bloco deve receber para que sua temperatura passe de 20C a 50C. b) Qual a quantidade de calor que o bloco deve ceder para que sua temperatura varie de 20C a -5C. Ex. 2 Um pequeno aquecedor eltrico de imerso usado para aquecer 100g de gua para uma xcara de caf instantneo. O aquecedor est rotulado com 200W, o que significa que ele converte energia eltrica em energia trmica com essa taxa. Calcule o tempo necessrio para levar toda essa gua de 23C para 100C , ignorando quaisquer perdas.

Quantidade de calor latenteA temperatura do material no aumenta necessariamente

Quando uma quantidade de calor fornecida ou retirada de um corpo, no modifica a sua temperatura ,mas produz mudana de seu estado de agregao ou mudana fase, denominado quantidade de calor latente.

Substncia gua lcool alumnio cloreto de sdio cobre chumbo enxofre estanho

Calor latente de fuso (cal/g) 80 25 95 124 49 6 119 14

Exemplo 1

Exemplo 2O glio um metal cujo ponto de fuso 30C, presso normal; por isso, ele pode liquefazer-se inteiramente quando colocado na palma da mo de uma pessoa. Sabe-seque o calor especfico e o calor latente de fuso do glio so,respectivamente, 410 J/(kg.C) e 80000 J/kg. a) Qual a quantidade de calor que um fragmento de glio de massa 25 g, inicialmente a10C, absorve para fundir-se integralmente quando colocado na mo de uma pessoa? b) Construa o grfico t (C) x Q (J) que representa esse processo, supondo que ele comece a 10C e termine quando o fragmento de glio se funde integralmente.

Curva de Aquecimento

1) Qual a quantidade de calor necessria para aquecer 250g de chumbo que est a uma temperatura de 20C at 85C? c=0,031 cal/gC.2) Qual a quantidade de calor necessria para fundir 250g de chumbo que est a 327C? calor latente de fuso do chumbo 6 cal/g. 3) Um bloco de 100g de gelo a 20C ser aquecido at 120C. Indique em um grfico a sequncia das transformaes e calcule a quantidade total de calor necessria para ocorrer tal processo. Dados: considere o calor especfico da gua 1cal/gC, calor especfico do gelo 0,5 cal/gC, calor especfico do vapor 0,48 cal/gC, Lf=80cal/g e Lv=540cal/g e sistema ao nvel do mar.

PRINCPIO GERAL DAS TROCAS DE CALORSe dois ou mais corpos trocam calor entre si, num sistema termicamente isolado, a soma algbrica das quantidades de calor trocadas pelos corpos, at o estabelecimento do equilbrio trmico, NULA.

Qcedido Qrecebido 0Equivalente em gua de uma substncia: a quantidade de gua que apresenta o mesmo comportamento trmico de uma massa qualquer de outra substncia. Numericamente igual capacidade trmica da substncia. Exemplo 1: a capacidade trmica de 100 g de cobre igual a 9,3 cal/ C O equivalente em gua : Egua = 9,3 g. Significa que 9,3 g de gua tm o mesmo comportamento trmico que 100 g de cobre.

EXEMPLOSQue massa de vapor dgua a 100C deve ser misturada com 150g de gelo no seu ponto de fuso, em um recipiente isolado termicamente, para produzir gua lquida a 50C ? Uma garrafa trmica isolada contm 130 cm de caf quente, a uma temperatura de 80C.Voc insere um cubo de gelo de 12g no seu ponto de fuso para esfriar o caf. De quantos graus o seu caf esfriou quando o gelo se derreteu? Trate o caf como se ele fosse gua pura e despreze as transferncias de energia para o ambiente. Um pedao de 0,5 kg de um metal aquecido at 200C dentro de um calormetro ideal(no participa das trocas de calor) contendo 0,4 kg de gua inicialmente em 20C. Se a temperatura de equilbrio do sistema metal-gua 22,4C. Encontre qual o calor especifico do metal.

PROCESSOS DE PROPAGAO DO CALOR

Conduo

A conduo o processo de transmisso de calor mais eficaz nos slidos e consiste na propagao de energia atravs de choques entre as molculas que constituem o material, sem que haja transporte de matria. Os lquidos e gases tambm transmitem calor por conduo, mas a uma taxa bem menor que os slidos. Mesmo os slidos diferem muito quanto sua capacidade de transmitir calor por conduo. A condutividade trmica mede a capacidade de um material em conduzir calor. Um material que transmite pouco calor por conduo chamado de mau condutor ou isolante trmico. Quanto menor for a condutividade trmica de um material melhor isolante trmico ele ser.

LEI DE FOURIER FLUXO DE CALOR

Q t k . A.( 2 1 ) eFluxo de calorVerifica-se pela experincia que o fluxo de calor : 1 Diretamente proporcional rea (A) da seo perpendicular ao fluxo. 2 Diretamente proporcional diferena de temperatura entre as extremidades da superfcie.( 2 - 1) 3 Inversamente proporcional a espessura da superfcie(e) 4 Depende do material condutor (K)

onde K uma caracterstica do material de que feita a barra, e chamado de condutividade trmica da barra.

Exemplo 1Um vidro plano, cujo coeficiente de condutibilidade trmica igual a 0,00183 cal/ (s.cm.C), tem uma rea de 1,000 cm e espessura de 3,66 mm. sendo o fluxo de calor por conduo atravs do vidro igual a 2,000 calorias por segundo, calcule a diferena de temperatura entre suas faces.

APLICAES DA CONDUO

Conveco

A conveco o processo de transmisso do calor que ocorre no estado lquido ou gasoso. Caracteriza-se por movimentos ascendentes de massas de menor densidade, coordenados com movimentos descendentes de massas de maior densidade.

APLICAES DA CONVECO

Irradiao

a emisso de energia (calor) atravs de ondas eletromagnticas. Podemos sentir essa transmisso de energia colocando a mo prxima de uma chama ou de uma lmpada acessa. A mo se aquece rapidamente. A quantidade de calor transmitida pela radiao(irradiao) depende da temperatura, ou seja, podemos dizer que a radiao de calor cresce com o aumento da temperatura do corpo. A radiao depende tambm da pigmentao. Objetos de cor escura so melhores absorvedores e irradiadores de calor. o nico processo de transmisso de calor que no precisa de um meio material para se propagar.

Aplicaes da Irradiao

Mudana de Fase

As molculas de um lquido no tm todas a mesma energia cintica. Algumas tm energia cintica maior que a mdia, outras tem energia cintica menor. A maioria no tem energia suficiente para mudar de fase. No entanto, algumas tm energia muito maior que a mdia. Quando uma dessas molculas atinge a superfcie, ela pode sair do lquido e passar para a fase gasosa. assim que acontece o processo da evaporao.

Presso de vapor Quando a gua evapora de um recipiente aberto, algumas das molculas do vapor se chocam com molculas do ar, recuam, e tornam a entrar no lquido. O ar se comporta, portanto, como uma cobertura que se ope evaporao e a retarda. Se voc tampa o recipiente, o vapor se acumular no espao acima do lquido. O nmero de molculas que voltam para o lquido ou se condensam aumentar at que as molculas se condensem na mesma proporo que se evaporem. Assim a quantidade de vapor ser constante; ns dizemos que o espao est saturado. A presso de vapor de ar saturado aumenta com a temperatura Quando a temperatura de um lquido aumenta, suas molculas se movem mais depressa. Elas ento evaporam mais rapidamente e o vapor no recipiente fica mais denso. As molculas do vapor se chocam mais, contra as paredes, em cada segundo; e elas se chocam com mais fora. A 10 C a presso de vapor do ar saturado com gua de cerca de 2 centmetros de mercrio. A 80 C ela de 35 centmetros de mercrio e a 100 C de 76 centmetros de mercrio. Quanto maior for a presso, mais vapor haver na camada de ar adjacente e mais rpida ser a evaporao. Compreende-se portanto porque que a velocidade de evaporao aumenta com o aquecimento. Se quisermos contribuir para a evaporao, preciso fazer de maneira que o vapor se escape mais rapidamente, isto , acentuar a movimentao do ar. Eis porque a evaporao se acelera quando sopramos sobre o lquido. Ainda que a sua presso de vapor seja relativamente baixa, a gua desaparece bastante depressa se a pusermos num prato, num local exposto ao vento.

A rapidez com que a gua evapora depende de vrios fatores:REA - Um prato cheio de gua evaporar mais depressa do que um copo de gua com a mesma quantidade, porque a gua no prato tem maior superfcie pela qual as molculas podem escapar. TEMPERATURA - Um aumento de temperatura faz as molculas se moverem mais depressa. Portanto elas tm maior energia cintica e podem, assim, passar mais facilmente pela camada superficial e escapar. PRESSO DO AR - As molculas de gua que atravessam a camada superficial podem chocar-se com molculas do ar e recuar para o lquido. O ar atua como uma cobertura que se ope evaporao. A rapidez de evaporao diminui quando a presso atmosfrica aumenta. UMIDADE - Quando a gua num recipiente fechado no o enche completamente, o vapor se acumula no espao sobre o lquido at que as molculas de vapor evaporem e se condensam com a mesma rapidez. A rapidez de evaporao diminui quando a umidade aumenta. VENTO - Num dia de ar parado a gua evaporada de uma roupa molhada fica perto da roupa, aumentando a umidade relativa e impedindo a evaporao. O vento leva para longe esse vapor de modo que a roupa seca mais depressa.

INFLUNCIA DA PRESSO NA VAPORIZAO gua

VARIAO DO PONTO DE EBULIO COM A ALTITUDE

Experincia de Tyndall

Como as molculas de gua formam estruturas geomtricas predominantemente abertas na fase slida, a aplicao de presso pode fazer o gelo derreter. Os cristais simplesmente so esmagados para que a fase lquida surja. Quando a presso removida, as molculas voltam a cristalizarse e ocorre novamente o congelamento. Esse fenmeno de derreter sob presso, e congelar novamente quando a presso removida, denominado regelo.

DIAGRAMA DE FASES

As linhas cheias indicam a presso e a temperatura onde pode existir a substncia nos dois estados ao mesmo tempo

DIAGRAMA DE FASES