Aula 2 - Calor

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Aula 2 - Calor
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CALOR
Quando em contato, podemos observar que a temperatura de um corpo diminui e a do outro aumenta, até o momento em que ambos os corpos apresentam temperaturas iguais.
Esta reação é causada pela passagem de energia térmica de um corpo para outro, a transferência de energia é o que chamamos calor. 
TA > TB
TA = TB
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Calor: é a transferência de energia térmica entre corpos com temperaturas diferentes.
A unidade mais utilizada para o calor é a caloria (cal), embora sua unidade no SI seja o joule (J). 
Uma caloria equivale a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de um grama de água pura, sob pressão normal, de 14,5°C para 15,5°C. 
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		A relação entre a caloria e o joule é dada por: 
 1 cal = 4,186J 
		
		Partindo daí, podem-se fazer conversões entre as unidades usando regra de três simples.
		Como 1 caloria é uma unidade pequena, utilizamos muito o seu múltiplo, a quilocaloria.
			1 kcal = 10³cal 
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É denominado calor sensível, a quantidade de calor que tem como efeito apenas a alteração da temperatura de um corpo.
Este fenômeno é regido pela lei física conhecida como Equação Fundamental da Calorimetria, que diz que a quantidade de calor sensível (Q) é igual ao produto de sua massa, da variação da temperatura e de uma constante de proporcionalidade dependente da natureza de cada corpo denominada calor específico. 
Calor sensível
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		Assim:
 Q = m c ΔT
Onde:
Q = quantidade de calor sensível (cal ou J).
c = calor específico da substância que constitui o corpo (cal/g°C ou J/kg°C).
m = massa do corpo (g ou kg).
ΔT = variação de temperatura (°C).
Se T2 for menor que T1, Q será negativo, indicando transferência de calor para fora do corpo
 O calor específico da água é aproximadamente:
4,19 J / g . ºC ou 4190 J / kg . ºC
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Calor Específico 
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		Exemplo 1
		1) Qual a quantidade de calor sensível necessária para aquecer uma barra de ferro de 2kg de 20°C para 200°C? Dado: calor específico do ferro = 0,119cal/g°C.
		
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		Solução:
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Capacidade Calorífera Molar
Algumas vezes é mais conveniente descrever a quantidade de uma substância em termos de mol ao invés da massa m;
A massa total de um material é igual a massa molar M multiplicada pelo número de mol n:
M = n.M
Por exemplo, a massa molar da água é de 18.0g/mol.
Logo, 1 mol de água tem a massa de 18g.
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Substituindo na equação Q = m c ΔT, temos:
Q = n M c ΔT
Mc é definido como a capacidade calorífera molar sendo representado por C. Portanto, nós reescrevemos:
Q = n C ΔT
 Utilizando o calor específico da água que é 4190J/kg.°C, temos que a capacidade calorífera molar da água é:
C = Mc = (0,0180kg/mol)(4190J/kg.°C) = 75,4J/mol.ºC
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Mudança de Fase
Fases: sólido, líquido e gasoso;
Todas as substâncias podem existir em qualquer das três fases, sob condições adequadas de temperatura e pressão;
Transições de uma a outra fase são acompanhadas pela absorção ou liberação de calor.
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Exemplo da Água
Se retirarmos gelo de um refrigerador e colocarmos num béquer, e fornecermos continuamente calor. O que acontece?
A temperatura do gelo aumenta gradativamente até atingir 0ºC. Nesse intervalo de temperatura o calor específico do gelo é de 2.0 J/g.°C.
Observa-se a formação de água no béquer (processo de fusão). 
O termômetro não registra mudança de temperatura, embora o calor continue sendo fornecido.
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A temperatura permanece em 0°C até que todo o gelo seja derretido; 
Somente depois a temperatura do sistema começa a se elevar novamente numa proporção constante.
O mesmo comportamento ocorre na transição de água para vapor.
Quando se adiciona calor lentamente a uma substância que pode existir em fases diferentes, ou a temperatura aumenta ou parte da substância muda de fase, mas nunca ao mesmo tempo
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Calor de Fusão e Vaporização
A quantidade de calor por unidade de massa que deve ser fornecida à substância no seu ponto de fusão para convertê-la totalmente em líquido à mesma temperatura, é chamada de calor de fusão. Analogamente temos o calor de vaporização.
São expressos em unidades de energia por massa: J/kg ou cal/g
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Calor latente 
Os calores de fusão e vaporização, por mudarem a fase do material são muitas vezes chamados de calor latente ou ainda calor de transformação.
A expressão geral calor de transformação aplica-se tanto ao calor de fusão como ao de vaporização, sendo ambos designados pela letra L
		Q = m L
		Q é o calor absorvido ou liberado na mudança de fase de uma massa m.
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		Quando:
Q>0: o corpo funde ou vaporiza.
Q<0: o corpo solidifica ou condensa.
		Exemplo 2
		
		Qual a quantidade de calor necessária para que um litro de água vaporize? Dado: densidade da água=1g/cm³ e calor latente de vaporização da água=540cal/g.
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Solução
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Exemplo 3
Uma taça de cobre, cuja massa é de 0,1 kg, inicialmente a 20°C é cheia com 0,2 kg de café, inicialmente a 70°C. Qual a temperatura final, depois que o café e a taça chegam ao equilíbrio térmico?
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Exemplo 4 
Que quantidade de gelo a -20°C deve ser mergulhado em 0,25kg de água, inicialmente a 20°C, para que a sua temperatura final seja de 0°C com todo o gelo derretido?
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Exemplo 5
Uma panela de cobre de 2.0 kg está a temperatura de 150°C. Colocamos 0.1kg de água a 25°C, e rapidamente fechamos a tampa. Se não houver trocas de calor entre a panela e o exterior, qual a temperatura final do pote? Determine a proporção de seu conteúdo (água e vapor).