6_CALORIMETRIA

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CURSOS DE ENGENHARIA
ARA0047 – FÍSICA 2
Calorimetria
Lourdes Martins
Calorimetria
• Estudo das trocas de energia entre corpos ou sistemas quando 
essas trocas se dão na forma de calor. 
• Calor (Q) Energia térmica em trânsito entre dois corpos,
devido a uma diferença de temperatura entre eles.
TA > TB 
Calor (Q)
• Calor (Q) Energia térmica em trânsito entre dois corpos,
devido a uma diferença de temperatura entre eles.
• Unidades:
• SI: Joule (J)
• 1 cal = 4,1868 J = 3,968× 10–3 Btu
• J: Joules
• cal: calorias quantidade de calor necessária para
aumentar a temperatura de 1 g de água de 14,50C para
15,50C.
• Btu: British thermal units
Calor (Q)
• Q > 0: a energia térmica é transferida do ambiente para o corpo.
Calor absorvido pelo corpo Q (+)
• Q < 0 : a energia térmica é transferida do corpo para o
ambiente. Calor liberado pelo corpo Q (-)
• Q = 0: não há transferência de energia TA = TS (equilíbrio
térmico).
Equilíbrio Térmico
• Dois ou mais corpos em contato físico, estão em equilíbrio
térmico quando o fluxo líquido de energia entre eles é nulo.
Quando isso acontece, a temperatura dos dois corpos é a
mesma.
Capacidade Térmica (C)
• Quantidade de calor que um corpo necessita receber ou ceder
para que sua temperatura varie uma unidade.
• Razão entre o calor trocado por um corpo e sua respectiva
variação de temperatura.
• A capacidade térmica depende da natureza da substância, sua
massa, temperatura e pressão.
• Unidades:
• SI: J/Kg
• Cal/g
Capacidade Térmica (C)
• Quantidade de calor que um corpo necessita receber ou ceder
para que sua temperatura varie uma unidade.
C = 
𝑄
∆𝑇
Q = C.∆T 
Calor Específico (c)
• Quantidade de calor necessária para elevar em 10C a massa de
1,0 g de determinada substância pura.
• O calor específico depende da natureza e da temperatura da
substância.
• O calor específico varia com o estado físico da substância.
• Unidades: J/kg.K (SI) ou cal/g.0C
C = m.cc = 
𝐶
𝑚
Calor Sensível (Q)
• Quantidade de calor necessária, recebida ou cedida por um
corpo ao sofrer uma variação de temperatura, sem que haja
mudança de estado físico.
Q = m.c.∆T
Exercício 6.1 
• Determine a quantidade de calor para elevar a T de 150C para
850C de um corpo com 500 g de ferro. cFe = 0,114 cal/g0C
Q = 3.990 cal ou 16.702,14 J
Exercício 6.1 
• Determine a quantidade de calor para elevar a T de 150C para
850C de um corpo com 500 g de ferro. cFe = 0,114 cal/g0C
Q = m . c . ∆T
Q = 500 . 0,114 (85 – 15)
Q = 3.990 cal
1 cal = 4,168 J
Q = 16.702,14 J
Exercício 6.2 
• O gráfico representa a variação de temperatura que 100 g de
cobre sofre em função do calor cedido.
a) Qual o calor específico do cobre? c = 0,092 cal/g0C
b) Qual a capacidade térmica do cobre? C = 9,2 cal/0C
Exercício 6.2 
• O gráfico representa a variação de temperatura que 100 g de
cobre sofre em função do calor cedido.
a) Qual o calor específico do cobre?
Q = m . c . ∆T
- 202,4 = 100 . c (18 – 40)
c = 0,092 cal/g ᵒC
Exercício 6.2 
• O gráfico representa a variação de temperatura que 100 g de
cobre sofre em função do calor cedido.
b) Qual a capacidade térmica do cobre?
C = m . c
C = 100 . 0,092 C = 9,2 cal/ᵒC
Calor Latente (L)
• Quantidade de calor necessária, recebida ou cedida por um
corpo, que provoca mudança no estado físico, sem que haja
variação de temperatura.
• Calor de fusão (Lf): mudança de fase sólida para líquida (absorve
calor) ou da fase líquida para sólida (libera calor).
• Calor de vaporização (Lv): (mudança da fase líquida para gasosa
(absorve calor) ou da fase gasosa para líquida (libera calor).
• Água: Lf = + 80 cal/g Lv = + 540 cal/g
Ls = - 80 cal/g Ll = - 540 cal/g Q = m.L
Exercício 6.3
Um bloco de gelo de massa igual a 600 g encontra-se a 00C. 
Determine a quantidade de calor que deve ser fornecida para ser 
transformado em água líquida à 00C. Q = 48 Kcal
Exercício 6.3
Um bloco de gelo de massa igual a 600 g encontra-se a 00C. 
Determine a quantidade de calor que deve ser fornecida para ser 
transformado em água líquida à 00C. 
Lf = 80 cal/g
Q = m . L
Q = 600 . 80
Q = 48.000 cal = 48 Kcal
Princípio das Trocas de Calor
• Quando dois ou mais corpos trocam calor entre si em um
sistema termicamente isolado, até ser atingido o equilíbrio
térmico, a soma algébrica das quantidades de calor trocadas é
nula.
Q cedido + Q recebido = 0
Q cedido = - Q recebido
Q1 + Q2 + ... + Qn = 0
Lei Zero da Termodinâmica
• Dois sistemas em equilíbrio térmico com um terceiro estão em
equilíbrio térmico entre si.
Exercício 6.4
• Colocam-se 800 g de ferro a 900C em um recipiente contendo
600g de água a 180C. Sabendo-se que o calor específico do ferro
é 0,114 cal/g0C, e desprezando-se o calor absorvido pelo
recipiente, calcule a temperatura de equilíbrio térmico.
T = 27,50C
Exercício 6.4
• Colocam-se 800 g de ferro a 900C em um recipiente contendo
600g de água a 180C. Sabendo-se que o calor específico do ferro
é 0,114 cal/g0C, e desprezando-se o calor absorvido pelo
recipiente, calcule a temperatura de equilíbrio térmico.
QFe + QH2O = 0
[800 . 0,114 (T-90)] + [600.1 (T-18)] = 0
691,2 T = 19008
T = 27,5 ᵒC
Fe H2O
m (g) 800 600
To (ᵒC) 90 18
c (cal/gᵒC) 0,114 1
Exercício 6.5
• Um corpo de massa X gramas e temperatura 600C é colocada no
interior do calorímetro de capacidade térmica 8 cal/0C contendo
120 g de água a 150C. Considerando que o calor específico do
corpo é de 0,22cal/g0C e que a temperatura de equilíbrio térmico
é de 21,60C, calcule o valor de X. X = 100 g
• Obs. O calorímetro é um instrumento utilizado na medição de
calor.
Exercício 6.5
• Um corpo de massa X gramas e temperatura 600C é colocada no
interior do calorímetro de capacidade térmica 8 cal/0C contendo
120 g de água a 150C. Considerando que o calor específico do
corpo é de 0,22cal/g0C e que a temperatura de equilíbrio térmico
é de 21,60C, calcule o valor de X.
Qcal + QH2O + Qcorpo = 0
[8 (21,6 - 15)] + [120.1 (21,6 – 15)] + [X . 0,22 (21,6 – 60)] = 0
X = 100 g calorímetro corpo H2O
m (g) X 120
C (cal/ᵒC) 8
To (ᵒC) 15 60 15
T (ᵒC) 21,6 21,6 21,6
c (cal/gᵒC) 0,22 1
Exercício 6.6
• Um bloco de gelo de 400 g a -300C é totalmente transformado
em vapor a 1000C. Qual a quantidade de calor necessária para
conversão? Admita que LF = 80 cal/g e Lv = 540 cal/g, cgelo=
0,5cal/g0C . Q = 294.000 cal = 294 Kcal
Exercício 6.6
• Um bloco de gelo de 400 g a -300C é totalmente transformado
em vapor a 1000C. Qual a quantidade de calor necessária para
conversão? LF = 80 cal/g e Lv = 540 cal/g, cgelo= 0,5cal/g0C .
Q1 = m . c . ∆T = 400 . 0,5 [0 – (-30)] = 6.000 cal
Q2 = m . Lf = 400 . 80 = 32.000 cal
Q3 = m . c . ∆T = 400 . 1 (100 – 0) = 40.000 cal
Q4 = m . Lf = 400 . 540 = 216.000 cal
Q = 6.000 + 32.000 + 40.000 + 216.000
Q = 294.000 cal = 294 Kcal
gelo
Q1 
sensível gelo
Q2 
latente H2O
Q3 
sensível H2O
Q4 
latente vapor
T (ᵒC) -30 0 0 100 100
Mudanças de Estados Físicos
• Fusão: Mudança do estado sólido para líquido. Absorção de
energia (+).
• Solidificação: Mudança do estado líquido para o sólido.
Liberação de energia (-).
• Vaporização: Mudança do estado líquido para gasoso. Absorção
de energia (+).
• Condensação: Mudança do estado gasoso para líquido.
Liberação de energia (-).
• Sublimação: Mudança do estado sólido para gasoso, ou inverso.
O processo ocorre em situações específicas de P e T para certos
materiais (ex: gelo seco, naftalina, etc).
Diagrama de Estados Físicos
Diagrama de Estados Físicos
Mecanismos de Transferência de Calor
• Condução
• Transferência de calor que ocorre em razão da diferença de
temperatura.
• A energia térmica é transferida entre os átomos e
moléculas do corpo sem que ocorra transferência de
massa, até se alcançar o equilíbrio térmico.
• Ocorre mais frequentemente em sólidos, por estarem em
uma “posição fixa” (rede cristalina), favorecendo o
intercâmbio de energia por colisões entre os átomos.
Mecanismos de Transferência de Calor
• Convecção
• Transferência de calor através do movimentode massa em
fluidos (líquidos e gases).
• A transferência do calor acontece por meio das correntes
de convecção circulares que se formam por diferença de
densidade no fluido.
Mecanismos de Transferência de Calor
• Radiação
• Transferência de calor através de ondas eletromagnéticas.
• Enquanto a condução e a convecção ocorrem somente em
meios materiais, a irradiação ocorre também no vácuo.
• A radiação emitida pela vibração de partículas carregadas
responsável pelo aquecimento é a radiação infravermelha
ou radiação térmica.