CALOR – a energia térmica em trânsitoA matéria é formada por átomos e moléculas que estão em permanente estado de agitação térmica. A energia térmica é a energia associada a esta agitação térmica, e a TEMPERATURA é um valor numérico que a expressa. Quando um corpo é colocado próximo de outro com uma temperatura diferente, a energia térmica é transferida do corpo com temperatura maior para o de temperatura menor, até estes atingirem a mesma temperatura, ou seja, o equilíbrio térmico. Neste processo, a energia térmica em trânsito é chamada de CALOR. CALOR – a energia térmica em trânsito Quando misturamos café quente com leite frio, percebemos que a temperatura dos dois líquidos tende a se igualar até que a mistura fique morna (equilíbrio térmico). CALOR – a energia térmica em trânsito CALOR – a energia térmica em trânsito CALOR – a energia térmica em trânsito Formas de Calor A quantidade de energia térmica recebida ou perdida por um corpo pode provocar uma variação de temperatura ou uma mudança de fase (estado de agregação molecular). CALOR SENSÍVEL – Se ocorrer variação de temperatura. CALOR LATENTE – Se ocorrer mudança de fase. Unidade de Medida de Calor A substância utilizada como padrão para definir a unidade de quantidade de calor, a caloria (cal), foi a água. Uma caloria é a quantidade de calor necessária para que uma grama de água pura, sob pressão normal, tenha sua temperatura elevada de 14,5 0 C para 15,5 0 C. A unidade de calor, no SI, é o Joule, entretanto, admite-se o uso de calorias: 1 cal ~ 4,186J Capacidade Térmica e Calor Específico Suponhamos que ao fornecer certa quantidade de calor Q a um corpo de massa m, sua temperatura varie ΔT. Capacidade Térmica C é a razão entre a quantidade de calor Q, que um corpo recebe, e a variação da temperatura AT ocorrida: T Q C A = C cal 0 / : Usual Unidade K J / : SI Unidade A capacidade térmica é uma característica do corpo e não da substância. Capacidade Térmica e Calor Específico O Calor Específico c de uma substância representa a quantidade de calor necessária para que 1 grama da substância eleve a sua temperatura em 1 0 C: O calor específico é uma característica da substância e não do corpo. T m Q c A · = C g cal 0 / : Usual Unidade · K kg J · / : SI Unidade Capacidade Térmica e Calor Específico Capacidade Térmica e Calor Específico Como é do seu conhecimento, a capacidade térmica do corpo é definida por: E o calor específico: T Q C A = T m Q c A · = Com base nas duas relações concluímos que: m C c = Quantidade de Calor Sensível A quantidade de calor necessária para que um corpo sofra apenas variação de temperatura, sem que ocorra mudança de fase (estado de agregação), é denominada quantidade de calor sensível. Da expressão que define o calor específico: T m Q c A · = Podemos deduzir a equação fundamental da calorimetria: T c m Q A · · = Quantidade de Calor Sensível recebido calor de quantidade 0 ÷ > Q cedido calor de quantidade 0 ÷ < Q calor de troca há não 0 ÷ = Q Trocas de Calor Quando dois ou mais corpos, que estão em temperaturas diferentes, são colocados em contato, ocorrem espontaneamente trocas de calor entre eles, que cessam ao ser atingido o equilíbrio térmico. Para que não haja influência do meio externo nas trocas de calor, é necessário colocá-los em um recipiente isolante térmico chamado calorímetro. Através do balanço energético: 0 3 2 1 = + + + + N Q Q Q Q Mudança de Estado Físico Toda a matéria, dependendo da temperatura, pode se apresentar em certos estados físicos: Mudança de Estado Físico Calor Latente é a quantidade de calor, por unidade de massa, que é necessário fornecer ou retirar de um dado corpo, a dada pressão, para que ocorra a mudança de estado, sem variação de temperatura: Calor Latente m Q L = g cal / : Usual Unidade kg J / : SI Unidade 1) Qual a capacidade térmica de um corpo que recebe 0,7 kcal de calor para elevar sua temperatura de 20 o C para 90 o C? (R: 10 cal/ 0 C) Atividades 2) Em cada caso a seguir determine a capacidade térmica de um corpo cujo diagrama Calor x Temperatura é: (R: 2 cal/ 0 C) (R: 4 cal/ 0 C) 3) Quantas calorias uma massa de 1 kg de água a 30 0 C deve receber para que sua temperatura passe a 70 0 C. (R: 40 kcal) Atividades 4) Um corpo de massa igual a 10 kg recebeu 20 kcal, e sua temperatura passou de 50 0 C para 100 0 C. (a) Qual o calor específico desse corpo? (R: 0,04 cal/g 0 C) (b) Qual a capacidade térmica desse corpo? (R: 400 cal/ 0 C) 5) Uma manivela é usada para agita a água (massa de 100 gramas) contida em um recipiente termicamente isolado. Para cada volta da manivela é realizado um trabalho de 0,1 J sobre a água. Determine o número de voltas para que a temperatura da água aumente 1 o C. (R: 4200 voltas) Dados: c água = 1 cal/g o C e 1 cal = 4,2 J. Atividades Atividades 6) O consumo energético diário típico de uma pessoa totaliza 2000 kcal. (a) Sendo 1 cal = 4,18 J, a quantos Joules corresponde aquela quantidade ? (R: 8,36 × 10 6 J) (b) Calcule a potência, em watts, de uma pessoa, admitindo que essa energia seja dissipada a uma taxa constante de 24h. (R: 100 W) Atividades 7) Um forno micro-ondas produz ondas eletromagnéticas de 2,45 x 10 9 Hz de frequência, que aquecem os alimentos colocados no seu interior ao provocar a agitação e o atrito entre suas moléculas. (a) Qual o comprimento dessas micro-ondas no ar? (R: 0,12 m) (b) Se colocarmos no interior do forno um copo com 250 g de água a 20 o C, quanto tempo será necessário para aquecê- la a 100 o C? Suponha que as micro-ondas produzem 10 000 cal/min na água e despreze a capacidade térmica do corpo. (R: 2 min) Dados: c = 3 x 10 8 m/s; c água = 1,0 cal/g o C. Atividades 8) Num recipiente, colocamos 250 g de água a 100 o C e, em seguida, mais 1000 g de água a 0 o C. Admitindo que não haja perda de calor para o recipiente e para o ambiente, a temperatura final dos 1250 g de água será de: (R: letra e) (a) 80 o C (b) 75 o C (c) 60 o C (d) 25 o C (e) 20 o C Atividades 9) Em um calorímetro de capacidade térmica de 200 cal/ o C, contendo 300 g de água a 20 o C, é introduzido um corpo sólido de massa 100 g, estando o mesmo a uma temperatura de 650 o C. Obtém-se o equilíbrio térmico final a 50 o C. Dado o calor específico da água = 1 cal/g o C. Supondo desprezível as perdas de calor, determinar o calor específico do corpo sólido. (R: 0,25 cal/g o C) Atividades 10) Um bloco de massa 2,0 kg, ao receber toda energia térmica liberada por 1000 g de água que diminuem a sua temperatura de 1 o C, sofre um acréscimo de temperatura de 10 o C. Considere o calor específico da água igual a 1 cal/g o C. O calor específico do bloco em cal/g o C é: (R: letra d) (a) 0,2 (b) 0,1 (c) 0,15 (d) 0,05 (e) 0,01 Atividades 11) Cinco gramas de carbono são queimados dentro de um calorímetro de alumínio, resultando o gás CO 2 . A massa do calorímetro é de 1000 g e há 1500 g de água dentro dele. A temperatura inicial do sistema é de 20 o C e a final, 43 o C. Despreze a pequena capacidade calorífica do carbono e do dióxido de carbono. Calcule o calor produzido (em calorias) por grama de carbono. (R: 7889 cal/g ) Dados: c Al = 0,215 cal/g o C e c H2O = 1 cal/g o C. Atividades 12) O gráfico a seguir representa o comportamento de 50 g de uma substância, que, quando iniciado o aquecimento, se encontrava no estado sólido. Supondo-se que não houve variação de massa durante todas as fases apresentadas no gráfico, verificamos que a proposição INCORRETA é: (R: letra d) (a) O calor específico da substância no estado líquido é 0,1 cal/g o C. (b) A temperatura da ebulição da substância é de 90 o C. (c) A capacidade calorífica no estado sólido é 20 cal/ o C. (d) O calor latente de vaporização da substância é 440 cal/g. (e) A temperatura de fusão da substância é de 10 o C. Atividades Atividades 13) Têm-se 200 g de gelo inicialmente a -10 o C. Determine a quantidade de calor que o mesmo deve receber para se transformar em 200 g de água líquida a 20 o C. São dados os calores específicos do gelo e da água, respectivamente, 0,5 cal/g o C e 1 cal/g o C, além do calor latente de fusão do gelo, 80 cal/g. (R: 21 000 cal) Atividades 14) Um corpo, inicialmente líquido, de 50 g, sofre o processo calorimétrico representado graficamente na figura. Determine: a) O calor latente de mudança de fase (vaporização) ocorrida. (R: 58 cal/g) b) A capacidade térmica do corpo antes e depois da mudança de fase. (R: 15 cal/ 0 C e 3,3 cal/ 0 C) c) O calor específico da substância nos estados líquido e de vapor. (R: 0,3 cal/g 0 C e 0,07 cal/g 0 C) Atividades Atividades 15) Quantas calorias são necessárias para transformar 100g de gelo, a – 20 0 C, em a água a 60 0 C? O gelo se funde a 0 0 C, tem calor específico 0,5 cal/g 0 C e seu calor latente de fusão é 80 cal/g. O calor específico da água é 1,0 cal/g 0 C. Construa a curva de aquecimento do sistema. (R: 15000 cal) Atividades 16) Temos 50 g de vapor de água a 120 0 C. Que quantidade de calor deve ser perdida até o sistema ser formado por 50 g de água líquida a 70 0 C? Sabe-se que o vapor se condensa a 100 0 C com calor latente de 540 cal/g. Os calores específicos valem 0,48 cal/g 0 C para o vapor e 1,0 cal/g 0 C para o líquido. Construa ainda a curva de resfriamento correspondente ao processo. (R: 28980 cal) Atividades 17) Num recipiente há uma grande quantidade de água a 100 0 C, sob pressão normal. Ao se colocar nela um bloco metálico de 500 g a 270 0 C, qual será a massa de vapor que se forma em virtude da troca de calor entre o bloco e a água? Suponha não haver perdas de calor para o ambiente e adote o calor latente de vaporização da água igual a 540 cal/g e o calor específico do metal igual a 0,40 cal/g 0 C. (R: 63g) Atividades 18) Num recipiente de capacidade térmica 30 cal/ 0 C há 20 g de um líquido de calor específico 0,5 cal/g 0 C a 60 0 C. Colocando-se nesse líquido 10 g de gelo em fusão, qual será a temperatura final de equilíbrio, admitindo-se que o sistema está termicamente isolado do ambiente? O calor latente de fusão do gelo é 80 cal/g e o calor específico da água é 1,0 cal/g 0 C. (R: 32 0 C) Atividades 19) Uma fonte térmica fornece, em cada minuto, 20 cal. Para produzir um aquecimento de 30 0 C em 50 g de um líquido, são necessários 15 min. Determine o calor específico do líquido e a capacidade térmica dessa quantidade de líquido. (R: 0,2 cal/g· 0 C e 10 cal/ 0 C) Atividades 20) Num calorímetro cuja capacidade térmica é 5,0 cal/ 0 C, inicialmente a 10 0 C, são colocados 300 g de um líquido de calor específico 0,20 cal/g· 0 C na temperatura de 41 0 C. a) A que temperatura se estabelece o equilíbrio térmico? (R: 38,6 0 C) b) A seguir, coloca-se no calorímetro um bloco metálico de massa 500 g a 200 0 C e o novo equilíbrio térmico se estabelece a 60 0 C. Qual é o calor específico do metal de que é feito o bloco? (R: 0,02 cal/g 0 C) CALOR – a energia térmica em trânsito A matéria é formada por átomos e moléculas que estão em permanente estado de agitação térmica. A energia térmica é a energia associada a esta agitação térmica, e a TEMPERATURA é um valor numérico que a expressa. CALOR – a energia térmica em trânsito Quando um corpo é colocado próximo de outro com uma temperatura diferente, a energia térmica é transferida do corpo com temperatura maior para o de temperatura menor, até estes atingirem a mesma temperatura, ou seja, o equilíbrio térmico. Neste processo, a energia térmica em trânsito é chamada de CALOR. CALOR – a energia térmica em trânsito Quando misturamos café quente com leite frio, percebemos que a temperatura dos dois líquidos tende a se igualar até que a mistura fique morna (equilíbrio térmico). CALOR – a energia térmica em trânsito . CALOR – a energia térmica em trânsito . CALOR SENSÍVEL – Se ocorrer variação de temperatura.Formas de Calor A quantidade de energia térmica recebida ou perdida por um corpo pode provocar uma variação de temperatura ou uma mudança de fase (estado de agregação molecular). . CALOR LATENTE – Se ocorrer mudança de fase. . . 50C. admite-se o uso de calorias: 1 cal 4. tenha sua temperatura elevada de 14. é o Joule. Uma caloria é a quantidade de calor necessária para que uma grama de água pura. foi a água.Unidade de Medida de Calor A substância utilizada como padrão para definir a unidade de quantidade de calor. entretanto. a caloria (cal). sob pressão normal.186J . A unidade de calor. no SI.50C para 15. e a variação da temperatura T ocorrida: Q A capacidade térmica é uma C característica do corpo e não T da substância. Unidade Usual : cal / C 0 Unidade SI : J /K . Capacidade Térmica C é a razão entre a quantidade de calor Q.Capacidade Térmica e Calor Específico Suponhamos que ao fornecer certa quantidade de calor Q a um corpo de massa m. que um corpo recebe. sua temperatura varie ΔT. Unidade SI : J / kg K .Capacidade Térmica e Calor Específico O Calor Específico c de uma substância representa a quantidade de calor necessária para que 1 grama da substância eleve a sua temperatura em 10C: Unidade Usual : cal / g C 0 Q c m T O calor específico é uma característica da substância e não do corpo. Capacidade Térmica e Calor Específico . Capacidade Térmica e Calor Específico Como é do seu conhecimento. a capacidade térmica do corpo é definida por: Q C T Q E o calor específico: c m T Com base nas duas relações concluímos que: C c m . Da expressão que define o calor específico: Q c m T Podemos deduzir a equação fundamental da calorimetria: Q m c T . é denominada quantidade de calor sensível.Quantidade de Calor Sensível A quantidade de calor necessária para que um corpo sofra apenas variação de temperatura. sem que ocorra mudança de fase (estado de agregação). Quantidade de Calor Sensível Q 0 quantidade de calor recebido Q 0 quantidade de calor cedido Q 0 não há troca de calor . Trocas de Calor Quando dois ou mais corpos. Através do balanço energético: Q1 Q2 Q3 QN 0 . ocorrem espontaneamente trocas de calor entre eles. são colocados em contato. é necessário colocá-los em um recipiente isolante térmico chamado calorímetro. que estão em temperaturas diferentes. que cessam ao ser atingido o equilíbrio térmico. Para que não haja influência do meio externo nas trocas de calor. dependendo da temperatura. pode se apresentar em certos estados físicos: .Mudança de Estado Físico Toda a matéria. Mudança de Estado Físico . para que ocorra a mudança de estado. a dada pressão.Calor Latente Calor Latente é a quantidade de calor. que é necessário fornecer ou retirar de um dado corpo. sem variação de temperatura: Unidade Usual : cal / g Unidade SI : J / kg Q L m . por unidade de massa. Atividades 1) Qual a capacidade térmica de um corpo que recebe 0.7 kcal de calor para elevar sua temperatura de 20oC para 90oC? (R: 10 cal/0C) 2) Em cada caso a seguir determine a capacidade térmica de um corpo cujo diagrama Calor x Temperatura é: (R: 2 cal/0C) (R: 4 cal/0C) . (R: 40 kcal) 4) Um corpo de massa igual a 10 kg recebeu 20 kcal. (a) Qual o calor específico desse corpo? (R: 0.Atividades 3) Quantas calorias uma massa de 1 kg de água a 300C deve receber para que sua temperatura passe a 700C. e sua temperatura passou de 500C para 1000C.04 cal/g0C) (b) Qual a capacidade térmica desse corpo? (R: 400 cal/0C) . .Atividades 5) Uma manivela é usada para agita a água (massa de 100 gramas) contida em um recipiente termicamente isolado. Determine o número de voltas para que a temperatura da água aumente 1oC. (R: 4200 voltas) Dados: cágua = 1 cal/goC e 1 cal = 4.2 J. Para cada volta da manivela é realizado um trabalho de 0.1 J sobre a água. a quantos Joules corresponde aquela quantidade ? (R: 8. admitindo que essa energia seja dissipada a uma taxa constante de 24h. (a) Sendo 1 cal = 4.Atividades 6) O consumo energético diário típico de uma pessoa totaliza 2000 kcal. de uma pessoa. em watts.18 J.36 106 J) (b) Calcule a potência. (R: 100 W) . 45 x 109 Hz de frequência. quanto tempo será necessário para aquecêla a 100oC? Suponha que as micro-ondas produzem 10 000 cal/min na água e despreze a capacidade térmica do corpo. (R: 2 min) Dados: c = 3 x 108 m/s. (a) Qual o comprimento dessas micro-ondas no ar? (R: 0.0 cal/goC.Atividades 7) Um forno micro-ondas produz ondas eletromagnéticas de 2. cágua = 1.12 m) (b) Se colocarmos no interior do forno um copo com 250 g de água a 20oC. que aquecem os alimentos colocados no seu interior ao provocar a agitação e o atrito entre suas moléculas. . a temperatura final dos 1250 g de água será de: (R: letra e) (a) 80oC (b) 75oC (c) 60oC (d) 25oC (e) 20oC . colocamos 250 g de água a 100oC e. em seguida.Atividades 8) Num recipiente. mais 1000 g de água a 0oC. Admitindo que não haja perda de calor para o recipiente e para o ambiente. Supondo desprezível as perdas de calor. determinar o calor específico do corpo sólido.Atividades 9) Em um calorímetro de capacidade térmica de 200 cal/oC. Dado o calor específico da água = 1 cal/goC. é introduzido um corpo sólido de massa 100 g. Obtém-se o equilíbrio térmico final a 50oC. (R: 0. contendo 300 g de água a 20 oC. estando o mesmo a uma temperatura de 650oC.25 cal/goC) . 1 (c) 0. ao receber toda energia térmica liberada por 1000 g de água que diminuem a sua temperatura de 1oC.0 kg. Considere o calor específico da água igual a 1 cal/goC.2 (b) 0.01 .15 (d) 0.Atividades 10) Um bloco de massa 2. sofre um acréscimo de temperatura de 10oC. O calor específico do bloco em cal/goC é: (R: letra d) (a) 0.05 (e) 0. 215 cal/goC e cH2O = 1 cal/goC.Atividades 11) Cinco gramas de carbono são queimados dentro de um calorímetro de alumínio. . Calcule o calor produzido (em calorias) por grama de carbono. (R: 7889 cal/g ) Dados: cAl = 0. A massa do calorímetro é de 1000 g e há 1500 g de água dentro dele. resultando o gás CO2. A temperatura inicial do sistema é de 20oC e a final. Despreze a pequena capacidade calorífica do carbono e do dióxido de carbono. 43oC. verificamos que a proposição INCORRETA é: (R: letra d) (a) O calor específico da substância no estado líquido é 0. quando iniciado o aquecimento. (d) O calor latente de vaporização da substância é 440 cal/g. (e) A temperatura de fusão da substância é de 10oC. . (b) A temperatura da ebulição da substância é de 90oC. (c) A capacidade calorífica no estado sólido é 20 cal/oC. se encontrava no estado sólido.1 cal/goC.Atividades 12) O gráfico a seguir representa o comportamento de 50 g de uma substância. que. Supondo-se que não houve variação de massa durante todas as fases apresentadas no gráfico. Atividades . (R: 21 000 cal) .5 cal/goC e 1 cal/goC. 80 cal/g.Atividades 13) Têm-se 200 g de gelo inicialmente a -10oC. 0. São dados os calores específicos do gelo e da água. além do calor latente de fusão do gelo. respectivamente. Determine a quantidade de calor que o mesmo deve receber para se transformar em 200 g de água líquida a 20oC. (R: 58 cal/g) b) A capacidade térmica do corpo antes e depois da mudança de fase. inicialmente líquido.3 cal/0C) c) O calor específico da substância nos estados líquido e de vapor. de 50 g.07 cal/g0C) .3 cal/g0C e 0. sofre o processo calorimétrico representado graficamente na figura.Atividades 14) Um corpo. (R: 15 cal/0C e 3. (R: 0. Determine: a) O calor latente de mudança de fase (vaporização) ocorrida. Atividades . 0 cal/g0C. Construa a curva de aquecimento do sistema. tem calor específico 0. (R: 15000 cal) . em a água a 600C? O gelo se funde a 00C.Atividades 15) Quantas calorias são necessárias para transformar 100g de gelo.5 cal/g0C e seu calor latente de fusão é 80 cal/g. a – 200C. O calor específico da água é 1. 48 cal/g0C para o vapor e 1.0 cal/g0C para o líquido. (R: 28980 cal) . Que quantidade de calor deve ser perdida até o sistema ser formado por 50 g de água líquida a 700C? Sabe-se que o vapor se condensa a 1000C com calor latente de 540 cal/g. Construa ainda a curva de resfriamento correspondente ao processo.Atividades 16) Temos 50 g de vapor de água a 1200C. Os calores específicos valem 0. sob pressão normal. (R: 63g) . Ao se colocar nela um bloco metálico de 500 g a 2700C.Atividades 17) Num recipiente há uma grande quantidade de água a 1000C.40 cal/g0C. qual será a massa de vapor que se forma em virtude da troca de calor entre o bloco e a água? Suponha não haver perdas de calor para o ambiente e adote o calor latente de vaporização da água igual a 540 cal/g e o calor específico do metal igual a 0. qual será a temperatura final de equilíbrio.5 cal/g0C a 600C. admitindo-se que o sistema está termicamente isolado do ambiente? O calor latente de fusão do gelo é 80 cal/g e o calor específico da água é 1. (R: 320C) .Atividades 18) Num recipiente de capacidade térmica 30 cal/0C há 20 g de um líquido de calor específico 0.0 cal/g0C. Colocando-se nesse líquido 10 g de gelo em fusão. (R: 0. Para produzir um aquecimento de 300C em 50 g de um líquido. 20 cal. em cada minuto. são necessários 15 min.2 cal/g0C e 10 cal/0C) . Determine o calor específico do líquido e a capacidade térmica dessa quantidade de líquido.Atividades 19) Uma fonte térmica fornece. 60C) b) A seguir.20 cal/g0C na temperatura de 410C. são colocados 300 g de um líquido de calor específico 0. coloca-se no calorímetro um bloco metálico de massa 500 g a 2000C e o novo equilíbrio térmico se estabelece a 600C.02 cal/g0C) . Qual é o calor específico do metal de que é feito o bloco? (R: 0.Atividades 20) Num calorímetro cuja capacidade térmica é 5. inicialmente a 100C.0 cal/0C. a) A que temperatura se estabelece o equilíbrio térmico? (R: 38.