Calor e Energia: Conceitos Básicos

Prévia do material em texto

1 
2 
 
CALOR 
3 
 Calor como energia transferida 
• No século XVIII, o conceito que descrevia o que era 
calor era o de fluxo de um fluido (chamado 
“calórico”, jamais detectado) de um corpo para outro. 
• O caloria (cal) foi inicialmente definido como sendo 
a quantidade de calor necessária para aumentar a 
temperatura de 1 grama de água de 1 grau Celsius. 
Mais tarde percebeu-se que este conceito estava 
incorreto e ele passou a ser a quantidade de calor 
necessária para aumentar a temperatura de 1 grama de 
água de 14.5 oC para 15.5 oC). 
4 
Calor e Energia 
• James Prescott Joule (1818 – 1889), em um 
experimento brilhante mostrou que o calor ,assim 
como o trabalho, representa uma trasnferência de 
energia. 
• Joule determinou que a realização de trabalho é 
sempre equivalente a uma quantidade particular de 
calor.O chamado Equivalente Mecânico de Calor. 
4,186 J = 1 cal 
4,186 x 103 J = 1 kcal 
5 
Calor e Energia 
• Como resultado desses experimentos, os cientistas 
passaram a intrepretar o calor não mais como uma 
substâcia mas sim como uma forma de energia. 
• Calor :forma de energia em trânsito entre dois 
corpos, causado por uma diferença de temperatura 
• No SI de unidades, a unidade para calor, assim como 
para qualquer forma de energia é o joule (J). 
• Hoje a caloria é definida em termos do joule. 
6 
Energia Interna 
 A soma de todas as energias de todas as moléculas de 
um sistema é chamada de Energia Térmica ou 
Energia Interna (U). 
 Distinguindo Temperatura, Calor, e Energia 
Interna. 
• Temperatura: é a grandeza física que identifica o 
grau de agitação molecular de um sistema. 
• Energia Interna: é o total de energia de todas as 
moléculas do sistema. 
• Calor: forma de energia em trânsito entre sistemas 
que têm diferentes temperaturas. 
7 
Energia Interna de um Gás Ideal 
 
U = N( mv2) 
 
K = mv2 = kT 
 
U = NkT 
 
U = nRT 
1 
2 
1 
2 
3 
2 
3 
2 
3 
2 
por definição 
mas 
Entretanto: 
N = no. de moléculas 
n = no.de móls 
8 
Energia Rotacional 
Energia 
Vibracional 
Se as moléculas 
do gás contêm 
mais de um 
átomo 
Graus de Liberdade 
9 
(1/2) kT 
10 
(1/2) kT 
11 
 Calor Específico 
• Se calor é transferido para um objeto, a temperatura 
aumenta. Mas quanto? 
• A quantidade de calor Q necessáira par mudar a 
temperatura de uma substancia DT é proporcional à 
massa m do material. Assim, 
Q = mcDT 
 onde c é a quantidade característica do material 
chamada de calor específico. 
• Este calor específico é aplicável somente aos 
sólidos e aos líquidos. 
12 
Importante 
 Cabe ressaltar que o calor específico de uma 
substância se altera para diferentes valores de 
temperatura.Ou seja, podemos dizer que o calor 
específico de uma substância é uma função da 
temperatura. 
Para pequenas quantidades de Calor 
• Pequena quantidade: 
 
 
 onde c pode ser dado em função da temperatura 
Logo 
 
13 
dQ
mcdTdQ 

f
i
T
T
dTTcmQ )(
Se o c for constante 
14 
TmcQ D
A unidade e seu significado 
• De calor específico: 
 
 
 
15 
Cg
J
o
16 
Calorimetria/Resolvendo Problemas 
• Quando diferentes partes de um sistema isolado estão 
sob diferentes temperaturas, mas são colocadas em 
contato térmico, o calor acaba fluindo da parte onde a 
temperatura é mais alta para a parte onde a 
temperatura é mais baixa. 
• Se o sistema for completamente isolado, não haverá 
fluxo de energia para dentro ou para fora dele. 
• Conservação de energia é uma regra importante; a 
quantidade de calor perdida por uma parte do sistema 
é igual à quantidade de calor ganha pela outra parte 
17 
Sistema Isolado – 
deve usar 
conservação de 
energia 
18 
Ao resolver problemas 
1. Procure ter certeza que tem informações suficientes 
para aplicar a conservação de energia. 
 
 
2. Aplicando a conservação de energia 
Quantidade de calor ganho = Quantidade de calor perdido. 
ou 
 
 
0DQ
19 
Calor Latente 
• Quando um material muda de fase do estado sólido 
para o estado líquido, ou do estado líquido para o 
estado gasoso, uma certa quantidade de energia está 
envolvida . 
• O calor necessário para que 1,0 kg de uma substância 
mude do estado sólido para o estado líquido é 
chamado de calor latente de fusão; denotado por LF. 
• O calor necessário para que 1,0 kg de uma substância 
mude do estado líquido para o estado gasoso é 
chamado de calor latente de vaporização, denotado 
por LV. 
20 
Calor Latente 
• O calor latente também se refere à quantidade de 
calor a ser retirada de uma substância quando esta 
muda do estado gasoso para o estado líquido ou do 
estado líquido para o estado sólido. 
• A quantidade de calor envolvida em uma mudança de 
fase não depende seomente do calor latente, mas 
também do total de massa da substância 
Q = mL 
 onde L é o calor latente de mudança de fase da 
substância , m é a massa da substância, e Q é a 
quantidade de calor a ser adicionada ou retirada 
durante a mudança de fase. 
21