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CALORIMETRIACalor

É a transferência de energia de um corpo para outro, decorrente da diferença de temperatura entre eles.

quente frio

Fluxo de calor

Unidades de calor1 cal = 4,186 J (no SI)

1 kcal = 1000 cal

CALORIMETRIAPotência ou Fluxo de Calor

Se medirmos o intervalo de tempo durante o qual uma fonte térmica (fogão a gás) fornece determinada fonte de calor, definimos potência como:

Unidades de Potência:J/s = watt (W) (no SI)

oucal/min ou cal/s.

CALORIMETRIA:Calor específico (cp)

É a quantidade de calor necessária para variar a temperatura de 1g de determinada substância, de 1oC. Essa variação depende de cada substância, por exemplo:

O calor específico do ferro é aproximadamente 0,11cal/g.oC, isto significa que 1g de ferro necessita de 0,11 cal para elevar sua temperatura de 20oC para 21oC, ou seja, aumentar 1oC.

CALORIMETRIA:Calor específico (cp)

Água

Equação fundamental da calorimetria

quente frio

Fluxo de calorQ

ti tf

m m

Observações:• Se tf > ti o corpo recebe calor, isto é, Q > 0.• Se tf < ti o corpo cede calor, isto é, Q < 0.•A capacidade térmica do corpo é: C = m.cp

IndefinidoIndefinidaAltagrandefracasGasosa

DefinidoVariávelMédia ModeradaModeradasLíquida

DefinidoDefinidaBaixaPequena FortesSólida

VolumeFormaTemperaturaEnergia

devido às vibrações

Força de atração entre os átomos

Fases

Fases da matéria

Sólido Líquido Gasoso

sublimação

fusão vaporização

sublimação

condensaçãosolidificação

Mudanças de fase

Endotérmicas – absorvem calor. Exotérmicas – cedem calor.

Endotérmicas

Exotérmicas

Evaporação: É um processo lento que se verifica apenas na superfície do líquido, seja qual for sua temperatura.Ex: Pote de barro, álcool na pele, etc.

Tipos de Vaporização

Ebulição: É um processo tumultuoso que ocorre na temperatura de ebulição e que se verifica em toda massa líquida. Depende da pressão.Ex: água fervendo.

Calefação: É um processo rápido que ocorre numa temperatura superior a de ebulição.Ex: jogar água numa chapa de fogão bem aquecida (acima de 100oC).

Sensível: É o calor que quando fornecido a uma substância ou cedido por ela, provoca apenas variação na sua temperatura.

Latente: É o calor que quando fornecido a uma substância ou cedido por ela, provoca uma mudança no seu estado físico (mudança de fase) sem que varie a sua temperatura.

Q = m.L

Calor sensível e calor latente

1.Tem-se 300 g de um certo líquido à temperatura de 30°C. Fornecendo-se 600 cal diretamente a esse líquido, sua temperatura sobe para 35°C. Sabe-se que esse fenômeno é regido pela expressão Q = m.cp.(Tf-Ti). Pede-se o valor do calor específico do líquido.

EXERCÍCIOS

2. (Unitau-SP) Um líquido está a -10°C. Se o calor específico desse líquido é 0,5 cal/g.°C, uma fonte que fornece 50 cal/min deverá aquecer 100 g desse líquido até atingir 30°C em:a) 10 min b) 25 min c) 40 min d) 50 min

EXERCÍCIOS

Calor sensível e calor latente

Figura 1: Há fornecimento de calor, porém só ocorre mudança na sua temperatura (calor sens ível).Figura 2: Há fornecimento de calor, porém só ocorre mudança no estado físico, sem que haja variação na temperatura (calor latente).Figura 3: Há fornecimento de calor, porém só ocorre mudança na sua temperatura (calor sens ível).Figura 4: Há fornecimento de calor, porém só ocorre mudança no estado físico, sem que haja variação na temperatura (calor latente).

Curvas de aquecimento e resfriamento

Vamos supor que tenhamos, num recipiente, certa massa de gelo inicialmente a -20°C, sob pressão atm. Se levarmos esse sistema ao fogo (figura abaixo), acompanhando como varia a temperatura no decorrer do tempo, veremos que o processo todo pode ser dividido em cinco etapas distintas:

- aquecimento do gelo de -20°C a 0°C

- fusão do gelo a 0°C

- aquecimento da água líquida de 0°C a 100°C

Vaporização da água líquida da 100°C

aquecimento do vapor acima de 100°C (supondo-o confinado a um recipiente)

- resfriamento do vapor de 110°C a 100°C

- condensação do vapor a 100°C

- resfriamento da água líquida de 100°C a 0°C

solidificação da água a 0°C

resfriamento do gelo abaixo de 0°C

3. Sendo Ls = -80 cal/g o calor latente de solidificação da água, calcule quantas calorias devem perder 600 g de água líquida, a 20°C, até sua total solidificação. O calor específico da água é 1 cal/g.°C.

EXERCÍCIOS

4. Quantas calorias são necessárias para transformar 100 g de gelo, a -20°C, em água a 60°C? O gelo se funde a 0°C, tem calor específico 0,5 cal/g.°C e seu calor latente de fusão é 80 cal/g. O calor específico da água é 1 cal/g.°C. Construa a curva de aquecimento do sistema.

EXERCÍCIOS

5. Temos inicialmente 200 gramas de gelo a -10°C. Determine a quantidade de calor que essa massa de gelo deve receber para se transformar em 200 g de água líquida a 20°C. Trace a curva de aquecimento do processo. (Dados: calor específico do gelo = 0,5 cal/g°C; calor específico da água = 1 cal/g°C; calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g.)

Curva de aquecimento do processo:

Curva de aquecimento do processo:

TERMOLOGIA: Temperatura

É a medida da agitação das moléculas de um corpo. É uma descrição quantitativa para verificar se um corpo é quente ou frio.

Corpo quente:maior agitação

Corpo frio:menor agitação

TERMOLOGIA:Equilíbrio Térmico

TATB

T

TA > T > TB

A temperatura de equilíbrio é menor que TA e maior que TB.

TERMOLOGIA:Escalas termométricas

Celsius(ºC)100ºC

Fahrenheit(oF)212ºF

Kelvin(K)373,15 K

- 273,15ºC - 459,67ºF0 K

Ponto de fusão do gelo

Rankine(R)671,67 R

0R

0ºC 32ºF273,15 K 491,69 R

Zero Absoluto

Ponto de ebulição da água

Relação entre as escalas

0oC 32oF273,15 K

Celsius(oC)100oC

Fahrenheit(oF)212oF

Kelvin(K)373,15 K

Temperaturaqualquer

TC TFTK

491,69 R

Rankine(R)671,67 R

TR

Dividindo-se o denominador por 20:

PROCESSOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR

1. Convecção:

No processo de convecção quando resfriamos uma parte do fluido, ele diminui de volume, torna-se mais denso e desce. Ao mesmo tempo, seu lugar vai sendo ocupado pelas camadas menos densas, ou seja, mais quentes, que estão abaixo dela.

Convecção


1.1. A lei de resfriamento de NewtonConsiderando a transferência de calor que ocorre no contato de um fluido em movimento e uma superfície de área A, quando os dois se encontram a temperaturas diferentes, a equação que descreve a taxa de transferência de calor convectiva é conhecida como a lei do resfriamento de Newton e é dada por:

Convecção

2. Condução:Na condução o processo de transferência de energia se dá através da vibração das moléculas. Essa vibração ocorre sem deslocamento das mesmas. Uma molécula transmite vibração para outra, na medida que são submetidas à variação de temperatura.


O ferro é bom condutor: o calor se propaga rapidamente da extremidade B a extremidade A.

Condução

2.1. Lei da Condução:A quantidade de calor que atravessa uma superfície pelo intervalo de tempo depende da área da paredeA, da espessura e, da diferença de temperatura T2-T1 e da natureza do material que constitui a parede.Para um dado material, a taxa de transferência de calor é tanto maior quanto maior a área A, quanto maior a diferença de temperatura, e quanto menor a espessura e.


O fluxo é diretamente proporcional à área A e à diferença de temperatura, e inversamente proporcional à espessura e.

Condução

Lei de Fourier da Condução:


Condução

3. Irradiação:

A irradiação não necessita de meio material para propagar o calor. A radiação que aquece os objetos é a infravermelha ou radiação térmica.


Irradiação

3.1. Lei de Stefan-Boltzmann:


Onde:•E – poder emissivo,W/m2;•T – temperatura do corpo, K;•e – emissividade do corpo.

(constante de proporcionalidade de Stefan-Boltzmann)

Todos os objetos estão irradiando (emitindo) calor continuamente!

Irradiação

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