cap5_calor

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Calor
[Física II – vol.2; Young & Freedman, 10ª edição, editora Pearson ]
[Física Fundamental – volume único; Bonjorno, editora FTD]
[Física II – vol.2; Beatriz Alvarenga, 1ª edição – 2006 , editora Scipione]
[Física - termologia e óptica – Luiz Alberto Guimarães, 2ª edição, editora Futura]
Ou seja, existem duas maneiras para transferir energia para um corpo, de modo a aumentar sua
energia interna e, consequentemente, sua temperatura; ou essa energia é obtida de um corpo ou
sistema “mais quente” ou através de uma força que produz um deslocamento: F . Δx = trabalho
mecânico. 
Por exemplo:
- quando você esquenta suas mãos aproximando-as de uma fogueira ou lareira, a temperatura de
suas mãos aumenta devido à transferência de energia térmica, ou calor;
- quando você aquece suas mãos ao esfregá-las uma contra a outra, a temperatura aumenta
devido à transferência de energia mecânica, ou trabalho mecânico.
Exs:
a) água em uma panela que esquenta quando colocada na chama de um fogão: CALOR
b) broca de uma furadeira que esquenta quando penetra numa parede: TRABALHO MECÂNICO
c) água numa poça que esquenta quando exposta ao Sol: CALOR
A relação entre energia interna de um sistema com calor e o trabalho mecânico constitui um
princípio de conservação de energia, o que está relacionado com a 1ª LEI DA TERMODINÂMICA:
- Quando um sistema recebe (ou cede) uma quantidade de calor Q e um trabalho τ é realizado
PELO sistema (ou sobre ele), sua energia interna sofre uma variação ΔU dada pela expressão:
ΔU = Q - τ
onde
- ΔU>0 → aumento da energia interna;
- ΔU<0 → diminuição da energia interna;
- Q>0 → calor recebido pelo sistema;
- Q<0 → calor cebido pelo sistema;
- τ>0 → trabalho feito pelo sistema;
- τ<0 → trabalho sobre o sistema;
Deste modo, observa-se que CALOR é energia em trânsito, e não a energia contida em um corpo;
a energia contida num corpo ou sistema é a ENERGIA INTERNA.
Unidades de Calor:
Deve-se lembrar que o joule corresponde a energia correspondente à queda de um peso de 100 g
de uma altura de 1,0 m. 
Obs:
1Btu = 1054 J
Equivalente mecânico do calor: (Joule, séc. XIX)
1 cal = 4,18J
Calorimetria
Obs:
Pode-se concluir que cada substância deve receber (ou ceder) uma quantidade de calor
característica ou específica dela, capaz de fazer com que certa massa dessa substância sofra
uma variação de temperatura. Esta característica é chamada de calor específico “c”. Por
exemplo, da tabela abaixo, o calor específico do alumínio vale 0,22 cal/gºC ou 920 J/kgºC, onde
foi usado a seguinte transformação:
1 cal/gºC = 4,2 . 103 J/kgºC
Isto indica que um corpo de alumínio de 1,0 kg deve receber 920 J de energia para que sua
temperatura aumente de 1,0 ºC. De fato, conhecendo o calor específico da substância é possível
relacionar variação de temperatura com quantidade de calor.
Exemplo:
Suponha que você precise determinar a quantidade de calor que se deve fornecer a um bloco de
alumínio de 20 kg para que sua temperatura passe de 20 ºC para 50 ºC.
Solução:
o calor específico do alumínio diz que um 1 kg de Al necessita de 920 J de calor para aumentar de
1 ºC a sua temperatura. Portanto, 20 kg necessitará de :
20 x 920 = 18400 J para aumentar de 1 ºC. 
Assim, para aumentar de 30 ºC sua temperatura, deve-se fornecer 30 vezes mais a quantidade
de calor, ou seja,
Q = 20 x 920 x 30 = 5,5 . 105 J
Deste modo, obtém-se a equação fundamental da calorimetria: 
Exercícios:
1. Pesquisar. Se Marcelo pegar meio litro de
água da torneira da pia, numa temperatura de
20 ºC, que quantidade de calor ela deverá
receber para que atinja 100 ºC, em cal e em J?
Re: 4,0 .104 cal; 1,68.105 J
2. 
Re: 
3.
Re:
4.
Re:
5.
Re: é que o oceano e a atmosfera possuem
grande capacidade térmica
6.
Re:
7.
Re:
8.
9.
Re:
10.
Re:
11. 12. Prático de engenharia
Determine o intervalo de tempo necessário para 
aquecer 20 L de água de 20 ºC a 
50 ºC, utilizando-se um coletor solar que fornece 
calor com potência média de 
3,0 kW.
Dados:
calor específico da água: 1,0 cal/g.ºC
densidade da água: 1,0 g/cm3
1 cal = 4 J
Solução:
Cálculo da massa de água: m = d.V
Sendo d = 1,0 g/cm3 e V = 20 L = 20.103 cm3, vem:
m = 1,0 (g/cm3).20.103 cm3 = 20.103 g
Q = m.c.ΔT => Q = 20.103.1,0.30 => Q = 6,0.105 cal = 
24.105 J
Pot = Q/Δt => 3.103 = (24.105)/Δt => Δt = 800 s = 13 
min 20 s
Resposta: 13 min 20 s
Calor de combustão:
Quando se queima carvão, ele libera cerca de 7,5.103 calorias por grama de carvão queimado, ou
seja, o calor de combustão do carvão vale 7,5.103 cal/g.
Exemplos:
Combustível Calor de combustão (cal/g)
Gás engarrafado 11 . 103
gasolina 11 . 103
hidrogênio 34 . 103
lenha 4,0 . 103
querosene 11 . 103
Óleo diesel 10 . 103
Exercícios:
13. Prático de engenharia
Determine a massa de água que pode ser aquecida de 25ºC até 100ºC quando 200 g de carvão
são queimados. Deve-se considerar que apenas metade do calor liberado nessa queima é
utilizado no aquecimento, sendo que a outra metade é perdida para o ambiente.
Re: 10 kg de água
14. Prático de engenharia
20% do calor liberado na queima de 10 g de gás de cozinha foram usados para aquecer 200 g de
um metal, aumentando sua temperatura de 30ºC para 530ºC. Qual o calor específico do metal?
Re: 0,22 cal/gºC
15. Prático de engenharia
Numa casa de praia, deseja-se aquecer 1,0 litro de água, num recipiente termicamente isolado,
por meio de um aquecedor elétrico de 420 W. A água foi introduzida no recipiente a 10 °C.
Sabendo-se que o calor específico da água é igual a 4,2 . 103 J/kg °C, determine o tempo
necessário para a água começar a ferver. 
Re: 15 min
16. Prático de engenharia
17. Prático de engenharia. Para pesquisar.
Ar quente numa aula de física.
Um estudante típico assistindo determinada aula produz em média um calor de 100 W (fluxo de
calor ou potência). a) Determine a quantidade de calor produzida por uma turma de 90 alunos em
um anfiteatro ao longo da duração de 50 min de aula. b) Suponha que todo calor calculado na
parte a) seja transferido para 3200 m3 de ar do anfiteatro e também que não ocorra nenhuma
perda de calor e que o ar condicionado esteja desligado. Determine o aumento de temperatura do
ar do anfiteatro durante os 50 min de aula.
Re: a) 2,7 . 107 J b) 6,89 ºC
OBS: 
O CALOR SEMPRE VAI FLUIR OU SE PROPAGAR DO CORPO “MAIS QUENTE” PARA O “MAIS
FRIO” DE FORMA ESPONTÂNEA. Ou seja, precisamos “gastar” energia para que consigamos
retirar calor de um corpo “mais frio” para um “mais quente”. Isto está relacionado com a 2ª Lei da
Termodinâmica.
Exercícios:
18. 19.
Para medir a capacidade térmica de um calorímetro de
laboratório, Luiz procedeu da seguinte forma: a) colocou
em seu interior 200g de água e aguardou entrar em
equilíbrio térmico e anotou a temperatura de 25ºC. b)
Despejou no calorímetro mais 200g de água a 80ºC e
aguardou o equilíbrio térmico e mediu a temperatura de
51ºC. Qual foi o valor encontrado para a capacidade
térmica do calorímetro?
Re: 23 cal/ºC
20. 21.
Re:
22.
Re:
23.
Re:
CASOS ESPECIAIS:
1º caso: mesma substância e mesma massa.
A temperatura final de equilíbrio será a média aritmética das temperaturas iniciais.
Exercício:
24. Misturando dois copos de água a 20ºC com dois copos de água a 40ºC , e desprezando a
perda de calor para o ambiente e o material dos copos, determine a temperatura final do sistema.
Re: 30ºC
2º caso: mesma substância e massas diferentes.
A temperatura final de equilíbrio será a média ponderada pelas massas das temperaturas
iniciais.
Exercícios:
25.
Misturando 400g de água a 80ºC com 200g de
água a 20ºC, e desprezando a perda de calor
para o ambiente, determine a temperaturafinal
do sistema.
Re: 60ºC
26.
Para preparar um banho morno, Marcelo
despeja duas panelas de água a 100º
C numa banheira que já contém oito panelas
(iguais a anterior) de água a 20ºC.
Desprezando as perdas de calor para o
ambiente, determine a temperatura final da
banheira.
Re: 36ºC
27.
Se você misturar dois copos de leite a 30ºC
com um copo de café a 60ºC, qual a
temperatura final do café com leite?
Re: 40ºC
28.
Uma garrafa térmica contém 0,5 L de café a
uma temperatura de 80ºC. O café frio de um
copo com volume de 0,25 L, a 20ºC, é
despejado de volta na garrafa. Se a capacidade
calorífica da garrafa for desprezível, determine
a temperatura final do café depois da mistura.
 Re:60 ºC
29. 
Que quantidade de água a 25ºC deve-se juntar
a 1,0 L de água a 80ºC , de maneira a ter-se
uma temperatura final de equilíbrio de 50ºC?
Desprezam-se as perdas.
Re: 1,2 L
30.
Uma piscina contém 1000 L de água à
temperatura de 22ºC. Uma pessoa deseja
aumentar a temperatura da água da piscina
para 25ºC, despejando-se um certo volume de
água fervente (100ºC) no interior da mesma.
Qual o volume necessário de água fervente?
Re: 40 L