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1 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA CALOR ESPECÍFICO DE LÍQUIDOS CALOR ESPECÍFICO DE LÍQUIDOS 1. INTRODUÇÃO Karl Benz, engenheiro alemão, deu início ao transporte automotivo na década de 1880. Porém, um grande problema que ele enfrentou foi com o arrefecimento do motor. A água utilizada, no seu antigo sistema colmeia, era fervida muito rápido, limitando o uso do veículo. Assim, surgiu o primeiro sistema de arrefecimento, uma vez que agora a água passaria a percorrer uma tubulação para dispersar calor para o meio externo depois de captá-lo de dentro do motor. Em continuidade ao trabalho de Benz, Wilhelm Maybach, também engenheiro alemão, fez grandes avanços no projeto do sistema de arrefecimento, modificando seu design e estrutura. Isso permitiu mais eficiência no arrefecimento. Em seguida, a partir da década de 1920, as grandes montadoras General Motors e Ford deram continuidade ao aperfeiçoamento, alterando o projeto da tubulação e material, além de dar início ao uso de aditivos para a água, como o etilenoglicol e anticongelantes. Esses aditivos diminuem o ponto de congelamento da água, aumentam a capacidade de armazenar mais calor sensível e, assim, evitam a mudança de fase. Além disso, as montadoras acrescentaram também ventiladores para aumentar a troca térmica e incluíram bombas, que forçam a circulação do líquido. Ainda hoje os radiadores são aperfeiçoados. Os engenheiros procuram a melhor forma de dispersar o calor do líquido que passa pelo motor. Mudanças no projeto da estrutura, material, aditivos, ou até mesmo na entrada de ar do carro fazem parte dessa evolução. mailto:contato@algetec.com.br 2 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA CALOR ESPECÍFICO DE LÍQUIDOS 2. CALOR O calor representa a energia que é transferida de um corpo a outro, unicamente pelo fato desses corpos estarem em temperaturas diferentes. O corpo com temperatura maior transfere voluntariamente calor para o corpo com temperatura menor, até que seja atingido o equilíbrio térmico, estado em que os corpos estão na mesma temperatura. Devido ao fenômeno de transferência, podemos dizer que o calor é a energia térmica em movimento. Há três formas de transferência de calor: i) Condução: característica de materiais sólidos, onde as moléculas não possuem liberdade de movimento, assim, a energia térmica é transmitida de uma molécula para a sua vizinha, seguindo um sentido de propagação. ii) Convecção: característica de fluidos, onde as moléculas possuem liberdade de movimento dentro do volume. Assim, a transmissão de calor se dá por moléculas se movimentando e se chocando com outras. iii) Radiação: todo corpo com temperatura acima do zero absoluto emite radiação. Graças a essa transmissão, a Terra é aquecida pelo Sol, uma vez que as ondas eletromagnéticas não precisam de meio material para se propagarem. 3. CALOR ESPECÍFICO O calor específico (c) é uma característica de cada material ou substância que retrata o comportamento deste material ou substância quando exposto a uma fonte de calor. Ele representa a quantidade de calor que deve ser fornecida para elevar em uma unidade de temperatura cada unidade de massa de uma substância. Ou seja, o calor específico está relacionado com a capacidade do corpo ou substância de armazenar energia interna. A unidade de medida do calor específico no Sistema Internacional (SI) é J/kg.K, porém, é muito usual a unidade em cal/g.°C. mailto:contato@algetec.com.br 3 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA CALOR ESPECÍFICO DE LÍQUIDOS A tabela 1 a seguir apresenta valores de calor específico de alguns líquidos: Substância Calor específico (cal/g.°C) Óleo de oliva 0,40 Óleo lubrificante 0,40 Óleo combustível 0,45 Álcool 0,58 Água 1,00 Tabela 1 – Calor específico 4. O CALOR ESPECÍFICO DA ÁGUA Observamos que dos líquidos da tabela acima, a água possui o maior valor de calor específico. Isso se dá devido às ligações intermoleculares dessa substância, as ligações de hidrogênio. Assim, parte do calor cedido para a água é usado para quebrar essas ligações e parte para agitar as moléculas. Graças a essa peculiaridade do calor específico da água, a sensação térmica em ambientes com água é mais agradável, como é fácil sentir em proximidades de rios. As brisas terrestres e marítimas derivam do maior calor específico da água em comparação ao da areia. Durante o dia, com o calor cedido pelo Sol, a areia esquenta mais rápido, assim a massa de ar sobre a terra aquece, diminuindo sua densidade e subindo na atmosfera. Com isso, a massa de ar sobre o mar, que está fria, ocupa o espaço que estava ocupado pelo ar que subiu, dando origem à brisa marítima. Durante a noite, a água estará quente porque demora mais a diminuir de temperatura. Logo a massa sobre o mar estará mais quente em comparação à da terra e, assim, terá a brisa terrestre. Outra situação com aplicação dessa propriedade é que, como a água compõe maior parte do sangue, em animais de sangue quente, ela distribui calor pelo corpo, semelhantemente ao sistema de arrefecimento do carro. mailto:contato@algetec.com.br 4 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA CALOR ESPECÍFICO DE LÍQUIDOS 5. EQUIVALENTE EM ÁGUA O equivalente de água representa que para todo corpo que submetido a uma troca térmica varia sua temperatura, existe uma massa de água que com a mesma troca térmica terá a mesma variação de temperatura. Assim, cedendo um mesmo valor de calor para o corpo e para a respectiva massa de água, a variação de temperatura será a mesma. Por exemplo, se um calorímetro possuir capacidade calorífica de 20 cal/°C, significa que a massa equivalente é 20 g. 6. EQUAÇÃO FUNDAMENTAL DA CALORIMETRIA O calor sensível (Q) é definido como a quantidade de energia na forma de calor que um corpo recebe para variar a sua temperatura, mas sem acarretar mudança de estado físico. Esse calor é transferido, de um corpo para o outro, até que os corpos atinjam o equilíbrio térmico. No SI, a unidade de quantidade de calor é o joule (J). Entretanto, no dia a dia, é empregada comumente a unidade chamada de caloria (cal). Essas unidades estão relacionadas pela seguinte fórmula: 1 cal = 4,1868 J A Equação Fundamental da Calorimetria apresenta a quantidade de calor liberada ou absorvida por um corpo de certa massa, quando sujeito a uma variação de temperatura, ou seja, o calor sensível. Essa equação matemática é: 𝑄 = 𝑚. 𝑐. ∆𝑇 Onde: Q = calor trocado (recebido ou cedido); m = massa do corpo; c = calor específico da substância; ∆T = variação de temperatura. mailto:contato@algetec.com.br 5 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA CALOR ESPECÍFICO DE LÍQUIDOS 7. TROCA DE CALOR EM UM MEIO ADIABÁTICO Um meio adiabático é um meio isolado. Assim, o que ocorrer dentro deste ambiente não sofrerá troca de energia ou matéria com o meio externo. Portanto, será válida a equação: 𝑄𝐶 + 𝑄𝑅 = 0 Onde: 𝑄𝐶 = calor sensível cedido; 𝑄𝑅 = calor sensível recebido. mailto:contato@algetec.com.br 6 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site:www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA CALOR ESPECÍFICO DE LÍQUIDOS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CALOR ESPECÍFICO. KHAN_ACADEMY. Disponível em: https://pt.khanacademy.org/science/biology/water-acids-and-bases/water-as-a-solid- liquid-and-gas/a/specific-heat-heat-of-vaporization-and-freezing-of-water. Acessado em 01/07/2020. ERINNERUGEN. Meine. Carl Benz. Lebensfahrt eines detschen Erfinders [Viagem de vida de um inventor alemão.] MERCEDES-BENZ. HISTÓRIA. NASCIMENTO DA MARCA. Disponível em: https://www2.mercedes-benz.com.br/passengercars/the- brand/history/about.module.html. Acessado em 03/07/2020. RESNICK, R., HALLIDAY, D., Fundamentos da Física, Volumes I e II, 6ª Edição, Livros Técnicos Científicos, 1996. mailto:contato@algetec.com.br https://pt.khanacademy.org/science/biology/water-acids-and-bases/water-as-a-solid-liquid-and-gas/a/specific-heat-heat-of-vaporization-and-freezing-of-water https://pt.khanacademy.org/science/biology/water-acids-and-bases/water-as-a-solid-liquid-and-gas/a/specific-heat-heat-of-vaporization-and-freezing-of-water https://www2.mercedes-benz.com.br/passengercars/the-brand/history/about.module.html https://www2.mercedes-benz.com.br/passengercars/the-brand/history/about.module.html
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