Calor

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Professor: Marcelo Tozo de Araújo
Alunos: Lara Dornelas de Campos
	 Mayssa Gabriele Morais de Lima
	 Rafaella Cristina Pereira
	 Taís Alves do Nascimento
	 
Calor
Rio Verde/2017
SUMÁRIO
Introdução ...............................................................................................
Tabela 1 ...................................................................
Objetivo ...................................................................................................
Material e Métodos .................................................................................
Determinar a capacidade térmica do calorímetro ...........
Tabela 2 ..................................................................
Cálculo da Capacidade Térmica ...........................................
Cálculo do Calor Específico .................................................
Resultados e Discussão ......................................................................
Conclusão .............................................................................................
Referências Bibliográficas ..................................................................
INTRODUÇÃO
A capacidade térmica ou capacidade calorífica é uma grandeza física que determina e caracteriza a variação térmica de um corpo ao receber determinada quantidade de calor, ou seja, é uma grandeza que resulta da razão entre a quantidade de calor recebida por um corpo e a variação de temperatura. Podendo esta ainda ser determinada pelo produto da massa do corpo pelo calor específico. O valor da capacidade térmica é correspondente à quantidade de calor necessária para elevar a temperatura do corpo em uma unidade de variação de temperatura. Esta é uma característica do corpo, e não da substância. Essa caracterização pode ser determinada pelas seguintes equações:
 e 
	Onde:
C = capacidade térmica;
Q = quantidade de calor;
m = massa do corpo;
c = calor específico;
ΔT = variação de temperatura.
Por meio desta grandeza é possível observar o comportamento de um corpo ao receber calor, sendo que este irá indicar se ele irá variar muito ou pouco a sua temperatura. Em um experimento, por exemplo, onde a massa de um corpo A é superior à do corpo B, observa-se que, ao receberem calor de uma mesma fonte térmica, a variação de temperatura sofrida pelo corpo A será menor que a sofrida pelo corpo B. Então, pode-se dizer que o corpo B possui menor capacidade térmica que o corpo A, ou seja, precisa de pouca energia para elevar a sua temperatura.
É possível então perceber que, a capacidade térmica é uma característica do corpo, e não da substância. Neste caso, objetos de mesmo material podem possuir capacidades térmicas diferentes porque possuem massas diferentes. Um exemplo clássico que mostra a diferença entre as capacidades térmicas pela diferença de massa está em um hábito que as pessoas geralmente utilizavam para manter a manteiga conservada em uma época onde não se existiam geladeiras. A manteiga era armazenada em um recipiente com água, pois como o calor específico da água é maior que o do ar, é necessário maior calor para aquecer a água. Por essa razão a água pode proteger a manteiga das variações de temperatura com maior eficácia que o ar.
Em concordância com o SI (Sistema Internacional), a capacidade calorífica ou capacidade térmica deve ser medida em calorias por grau Celsius (cal/°C) e é representada em física por C (capacidade térmica).
Calor é a transferência de energia térmica entre os corpos com temperaturas diferentes. A unidade de medida mais utilizada para o calor é a caloria (cal), embora no SI (Sistema Internacional) sua unidade seja o joule (J). Uma caloria equivale à 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. 
A relação entre a caloria e o joule é dada por:
1 cal = 4,186 J
Partindo deste princípio é possível fazer conversões entre as unidades usando regras de três simples. E como uma caloria é uma unidade pequena, utiliza-se geralmente o seu múltiplo, a quilocaloria (Kcal):
1 Kcal = 103 cal
O calor específico é definido como a variação térmica de determinada substância ao receber determinada quantidade de calor, podendo ser também definido como a quantidade de energia necessária para que 1g de uma substância sofra aumento ou diminuição de temperatura de 1°C. Também chamada de capacidade térmica mássica, esta é uma grandeza constante para cada substância em cada estado físico e pode-se dizer que o calor específico caracteriza uma substância (em determinado estado físico).
A capacidade térmica caracteriza o corpo, enquanto que o calor específico, por sua vez, caracteriza a substância que o constitui. Sendo assim, dois corpos de massas e de substâncias diferentes podem possuir a mesma capacidade térmica. Já no caso de dois corpos de massas diferenças mas possuindo mesma substância, estes possuem capacidades térmicas diferentes porém mesmo calor específico.
Estas grandezas estão relacionadas com interações intermoleculares, a estabilidade de uma fase, a condutividade térmica e a capacidade de armazenar energia que estas substâncias possuem.
Desta forma, quanto maior for o calor específico de uma substância, maior será a quantidade de calor que deverá ser fornecida ou retirada dela para que possam ocorrer as variações de temperatura.
O alto valor do calor específico da água pode influenciar a ocorrência de alguns fenômenos meteorológicos, como a Brisa Marítima que é o resultado da menor variação de temperatura da água do mar em relação à variação de temperatura da costa, ou seja, a água varia muito pouco a sua temperatura em razão de seu maior calor específico. Outra ocorrência é a influência em relação ao fenômeno El Niño que, em virtude da elevação da temperatura das águas do Oceano Pacífico na região do Peru, uma quantidade de calor acima do normal é transferida para a atmosfera e gera alterações bruscas no clima da Terra.
O valor do calor específico de cada substância é medida em cal/g.°C (calorias por grama por graus Celsius) que no caso da água corresponde a 1cal/g.°C, sendo esta, comparada à outras substâncias, possui o maior calor específico.
Alguns valores de calor específico de substâncias podem ser observados na Tabela 1 abaixo:
	Substância
	c (cal/g°C)
	Alumínio
	0,219
	Água
	1,000
	Álcool
	0,590
	Cobre
	0,093
	Chumbo
	0,031
	Estanho
	0,055
	Ferro
	0,119
	Gelo
	0,550
	Mercúrio
	0,033
	Ouro
	0,031
	Prata
	0,056
	Vapor d'água
	0,480
	Zinco
	0,093
Tabela 1: Valores de calor específico de algumas substâncias
O calorímetro é um aparelho isolado termicamente do meio ambiente e muito utilizado nos laboratórios para fazer estudos sobre a quantidade de calor trocado entre dois ou mais corpos de temperaturas diferentes. É um recipiente de formato bem simples, construído para que não ocorra troca de calor entre o mesmo e o meio ambiente.
O Efeito Joule consiste na dissipação de energia elétrica sob forma de energia térmica em um condutor, no qual se estabelece uma corrente, tendo este aplicação prática, por exemplo, em aquecedores elétricos, sendo que a energia E dissipada em um aquecedor elétrico, em um determinado intervalo de tempo t, é demonstrado por:
E = I. V. t
	Onde:
V = tensão elétrica;
I = corrente elétrica no aquecedor;
t = quantidade de tempo;
E = energia.
Nas medições para que o calor específico seja encontrado é possível observar este efeito através do calorímetro, sendo que, quando a quantidade de calor é maior que zero o corpo ganha calor e quando a quantidade de calor for menor que zero o corpo perde calor.
OBJETIVO
Determinar a Capacidade Térmica do calorímetro e encontrar o valor do calor específico de um corpo.
MATERIAL E MÉTODOS
Inicialmente iremos determinar a capacidade térmica do calorímetro utilizado na
segunda parte da atividade. Para determinar esta capacidade térmica utilizaremos os seguintes itens:
1 calorímetro;
1 béquer;
1 lamparina;
1 suporte;
Termômetro;
Água quente;
Água a temperatura ambiente.
	Água
	Massa (1 mL~ 1g)
	Temperatura
	
	
	Inicial
	Equilíbrio
	Fria
	150 g
	27 °C
	59,5 °C
	Quente
	200g
	92 °C
	
Tabela 2: Dados a serem coletados
	Com o béquer meça uma certa quantidade de água a temperatura ambiente e despejem dentro do calorímetro. Tampem o calorímetro e com o termômetro verifiquem e anotem a temperatura da água. Importante, esta água deve ser mantida dentro do calorímetro.
Novamente encham o béquer com o volume desejado de água e comecem a aquecê-lo utilizando o suporte e a lamparina presente em cima da bancada. Quando a água começar a entrar em ebulição aguarde uns minutos e anotem a temperatura da água. Esta temperatura é a temperatura inicial da água quente.
	Abra o calorímetro, despeje com cuidado esta água quente dentro e rapidamente fechem novamente. Aguardem um pouco e verifiquem a temperatura dentro do calorímetro. Esperem e verifiquem novamente a temperatura. Se não houve alteração, o sistema está em equilíbrio e esta é a temperatura de equilíbrio que deve ser anotada na tabela 2.
Cálculo da Capacidade Térmica
Quando acrescentamos água quente no calorímetro, esta irá ceder calor para a água em temperatura ambiente e para as paredes do calorímetro. Assim, utilizando a relação (), temos:
Q água quente = Q calorímetro + Q água fria
M aq . c a . ΔT af = C c . ΔT af + m af . c a . ΔT af
Sendo ca o calor específico da água, maq e maf as massas de água quente e fria, respectivamente. ΔTAQ é a variação de temperatura da água quente (Tinicial – Tequilíbrio) E ΔTaf é a variação de temperatura da água fria e do calorímetro (Tequilíbrio – Tinicial). A capacidade térmica do calorímetro esta representada pó Cc.
Assim, rearranjando os termos da equação (), temos:
Cálculo Do Calor Específico
Nesta parte iremos calcular o calor específico de um sólido utilizando o mesmo processo adotado para calcular a capacidade térmica do calorímetro.
RESULATADOS E DISCUSSÃO
No primeiro momento foi medida a quantidade de água que seria utilizada durante o experimento. Com o auxílio do béquer foram medidos 150 mL de água e esta foi levada ao fogo até o ponto de ebulição e depois foi despejada dentro do calorímetro que possuía em seu interior 200 mL de água na temperatura ambiente. Deste modo pode se observar a mudança de temperatura que a água passou para que esta pudesse ter a diferenciação entre a temperatura do ponto de ebulição à temperatura de equilíbrio. Durante as medições foi encontrada as temperaturas da água em temperatura ambiente que foi de 27 °C e a temperatura da água quente que foi de 92 °C, com isso foi possível ser calculado a temperatura de equilíbrio. A temperatura da junção da água fria com a água quente variou de 62 °C a 59 °C. A temperatura de equilíbrio encontrada foi de 59,5 °C.
Na segunda etapa foi introduzida ao calorímetro a quantidade de 100 mL de água à temperatura ambiente de 30 °C e logo em seguida a água quente à temperatura de 95 °C. Posteriormente foi medida a temperatura da água total que variou de 32 °C a 30 °C. A temperatura de equilíbrio neste caso foi de 62,5 °C.
Exercícios:
Qual a energia térmica que a água recebeu até atingir este ponto de ebulição?
Q = 150.1.(92 - 27)
Q = 9,75 KJ
Quanto de energia térmica a água quente cedeu?
Q = m.c.ΔT
Q = 200.1.(92 - 27)
Q = 13 KJ
Um pequeno aquecedor elétrico de imersão é usado para esquentar 100g de água. A potência do aquecedor é de 200 watts. Calcule o tempo necessário para aquecer a água de 23 °C para 100 °C.
Q = m.c.(Tf - Ti) 
Com m, massa em gramas, c calor especifico da água 1 Cal/g°C 
Q = 100.1.(100-23) = 7700 Cal
Cada caloria equivale a 4,18J, assim convertendo para Joules, temos 32.186J.
Sua fonte de calor é de 200 W ou 200J/s. 
P = E/t 
200 = 32186/t 
t = 32186/200 
t = 161 s 
ou 2 minutos e 41 segundos.
O álcool etílico tem ponto de ebulição igual a 78 °C, ponto de congelamento de 114 °C, calor de vaporização de 879 KJ/Kg, calor de fusão de 109 KJ/Kg e calor específico de 2,43 KJ/Kg.K. Quanta energia deve ser removida de 0,510 Kg de álcool etílico que está inicialmente na forma de gás a 78 °C para que ele se torne um sólido a -114 °C.
Q= m.c. t
Q= 0,510. 2,43. (-114+ 78)
Q= 1,2393. -36
Q=- 44,62 KJ
	
Q= 0,510. -109
Q= -55,59 KJ
Q total= -417,69-44,62-55,59
Q total= - 517,9 KJ
Uma máquina a vapor em cada ciclo cede para a fonte quente uma quantidade de calor igual a 100 cal e realiza um trabalho de 84 J. Considere 1 cal = 4,2J.
a – Qual o rendimento da máquina?
r = 84/420 
r = 0,2 ou 20%
b – Qual a quantidade de calor que manda para a fonte fria?
De um total de 100cal ela aproveita 20%, ou seja, rejeita 80%.
Então:
100 x 0,8 = 80 cal 
200Kg de água caem do alto de uma catarata com altura de 210m.
a – Qual a massa da água no alto da catarata? (considere g =10m/s2)
Ep=m.g.h 
Ep=200.10.210 
Ep=420000J
ou Ep=4,2.10⁵J 
b – Qual a Energia cinética da água ao chegar ao solo?
Ec=420000J 
Ec=4,2.10⁵J 
C – Quando a água colide com o solo, sua energia cinética é transformada em energia interna na forma de calor (Q). Quanto deve ser a variação de temperatura da água? (Considere calor específico da água igual a 4,2 KJ/Kg.K).
1cal----------------->4,2J 
Q------------------->420000J 
Q=420000/4,2 
Q=100000cal 
Q=1,0.10⁵cal 
CONCLUSÃO
Pôde ser observado então que, a diferença entre a quantidade de água na temperatura ambiente da primeira etapa e da segunda etapa interferiu na temperatura de equilíbrio. Observou-se que, quando foram utilizadas 200 mL de água fria a temperatura de equilíbrio foi menor que quando foram utilizadas 100 mL de água fria.
A diferença entre as temperaturas de equilíbrio foram de 3 °C, pois com a quantidade de 200 Ml de água fria a temperatura de equilíbrio foi de 59,5 °C e com a quantidade de 100 mL de água fria a temperatura de equilíbrio foi de 62,5 °C. Observa-se então que, a quantidade utilizada de determinada substância interfere diretamente da quantidade da temperatura de equilíbrio.
Referências Bibliográficas
https://www.todamateria.com.br/equilibrio-termico/