2019 - Extensivo - Física 3 - 06-07 - Calor

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25/03/2019
Calor
AULA 06 e 07 – FÍSICA III – PROFESSOR NECKEL
Introdução
 A temperatura de um corpo está diretamente relacionada à energia cinética das moléculas. 
 Para adequar a linguagem, chamaremos:
25/03/2019
Introdução
 Uma vez que a energia cinética está ligada à temperatura:
Introdução
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Introdução
 Transferência de energia em 
sólidos: análogas a forças 
elásticas
 Transferência de energia em gases: sequência de 
colisões até a energia cinética das moléculas se 
homogeneizar
Calor
 Energia transferida devido a diferença de temperatura
 Moléculas em um mesmo meio tendem a homogeneizar suas energia cinéticas
 Energia sempre é transferida do corpo com maior temperatura para o corpo com menor 
temperatura
 Moléculas mais energéticas transferem parte de sua energia para as demais por meio de 
interações
 As com menor energia cinética passam a ter mais energia cinética
 As com mais energia cinética passam a ter menos energia cinética
 O processo de troca de energia acaba quando a energia cinética (portanto temperatura) se torna 
homogênea
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Calor
 Terminologia correta para calor
1. “o corpo recebeu calor” 
 significa que o corpo aumentou sua quantidade de energia interna devido ao mecanismo calor, o qual possibilitou 
a transferência de energia da vizinhança para o corpo.
2. “o atrito gerou calor”
 é uma expressão incorreta. Calor não é algo que possa ser gerado. Contudo, podemos dizer que o trabalho 
realizado pela força de atrito cinética proporcionou o aumento da temperatura das superfícies atritadas, porque 
converteu energia mecânica em energia interna de agitação molecular. Note que o mesmo resultado poderia ser 
obtido através da transferência de energia pelo mecanismo calor, mas ocorreu através do mecanismo trabalho.
 Expressões populares
 “Está muito calor nesta sala”
 Expressão errada! 
 Correto: A temperatura desta sala está muito alta.
 Calor é energia térmica em trânsito
Unidade de Calor
 Sistema internacional:
 Joule ( � )
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 Unidade usual
 Caloria (	
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 1 caloria: energia necessária para aumentar em 1ºC a temperatura de 1g de água
 Conversão
 1 	
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 4,18 �
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Equivalente Mecânico do calor
 Os objetos acelerando para baixo por conta da 
força gravitacional, fazem girar pás que estão 
dentro d’água. 
 A agua sendo agitada, aumenta aos poucos a sua 
temperatura
 A variação da energia potencial gravitacional dos 
corpos suspensos é igual a variação da energia 
térmica (relativa à temperatura) da água
 (supondo sistema perfeitamente isolado)
Efeitos macroscópicos da variação da energia interna devido ao calor
 Quando um corpo recebe 
energia em forma de calor pode 
sofrer algumas consequências, 
dentre elas:
 Variar a temperatura
 Mudar de estado Físico
 Quando o calor recebido faz 
variar a temperatura: CALOR 
SENSÍVEL
 Quando o calor recebido faz 
mudar o estado físico: CALOR 
LATENTE
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Calor Sensível
 Ao fornecermos a mesma quantidade de calor para dois corpos de massas diferentes, 
verificamos que o de menor massa sofre maior aumento de temperatura!
 Assim, podemos dizer que quanto maior a massa de um determinado corpo, maior é sua 
“inércia térmica”.
 Não há tal definição na física. Para um determinado corpo, sua “inércia térmica” é chamada 
cientificamente de CAPACIDADE TÉRMICA
Capacidade Térmica de um corpo (�)
 É a razão entre a quantidade de calor absorvido por um corpo e a variação de temperatura sofrida 
pelo mesmo
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Por simplicidade, consideramos que a capacidade térmica dos corpos apresenta-se constante durante 
experimentos. Na prática, a capacidade térmica pode variar com a temperatura, mas no ensino médio 
e vestibulares, ela é considerada constante.
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Calor específico de uma substância (	)
 Se adicionarmos a mesma quantidade de calor para dois corpos de massas iguais, porém de 
materiais diferentes, possivelmente veremos que um terá sua temperatura aumentada mais 
que a de outro.
 A propriedade ligada a como uma substância, com determinada massa, utiliza o calor para 
aumento de temperatura é chamada de calor específico (	)
 Sua relação com a capacidade térmica é dada por
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� é a massa do corpo.
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Calor específico
 O calor específico representa a “inércia térmica” 
de uma unidade de massa do material de que é 
feito o corpo.
 Para água 	 � 1
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, reforçando a definição de 
que “uma caloria é a quantidade de calor 
necessário para aumentar em 1 ºC a 
temperatura de 1 g de água”
 Quanto maior 	 de uma substância, mais calor 
será necessário para que sua temperatura será 
aumentada.
Logo, o calor sensível:
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Convenção de sinais
 Calor que um corpo recebe: positivo
 Calor que um corpo cede: negativo
No calor sensível, o sinal pode ser atribuído à variação de temperatura
� � � 	 Δ�
No aumento de temperatura, Δ� % 0, logo, � % 0
Na diminuição de temperatura, Δ� ' 0, logo, � ' 0
Sistema termicamente isolado
 Assume-se um sistema termicamente isolado quando os corpos dentro deste sistema 
trocam calor somente entre si e não com a vizinhança.
 Para ser possível, fazemos o uso de um recipiente termicamente isolante com paredes 
adiabáticas (que não trocam calor com a vizinhança)
 O recipiente que tem estas propriedades é chamado de calorímetro.
 Como os corpos do sistema só trocam calor entre si, o calor cedido por um corpo é igual ao 
calor recebido pelo outro
�!()*)+ � ,�-(!(.*)+
Assim
∑�0-+!")+� � 0
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Exemplo
 Se colocarmos, em um calorímetro ideal, 200 g de água a 25 °C e um cubo de ferro de 50 g 
a 100 °C, qual a temperatura esperada no equilíbrio térmico, quando cessarem as trocas de 
calor?
	"�1" � 1
	
�
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 	2(--+ � 0,11
	
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∑� � 0
�"�1" 3 �2(--+ � 0
Calorímetro Real
 Um calorímetro real impede a troca de calor com o meio externo, mas ele mesmo também 
pode trocar calor com os corpos de dentro dele. 
 Se o problema fornece a capacidade térmica do calorímetro, devemos utilizar
�!"#+-*�(0-+ � �!"#+-*�(0-+ Δ�
 Que também deve ser considerado no somatório dos calores trocados.
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Exemplo
 Em um calorímetro real de capacidade térmica 50 cal/°C, contendo 200 g de água a 25 °C,
introduzimos um cubo de ferro de 50 g a 100 °C. Qual a temperatura esperada no equilíbrio
térmico, quando cessarem as trocas de calor?
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 	2(--+ � 0,11
	
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∑� � 0
�"�1" 3 �2(--+ 3 �!"#+-*�(0-+ � 0
Equivalente do Calorímetro em Água
 Alguns problemas fornecem o equivalente em água do calorímetro (4)
 Corresponde à massa de água cuja capacidade térmica é a mesma do calorímetro.
�!"#+-*�(0-+ � 4 �"�1"
 Por exemplo, se o equivalente em água de um calorímetro é 25 g, e o calor específico da 
água é 4 J/g °C, então:
�!"#+-*�(0-+ � 4 �"�1" � 25 ∗ 4 � 100
�
º�
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Fixação, R: A 
Fixação, R: B
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Propostos, R: B
Propostos, R: D
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Lista, R: 
 �* � 25 º ; 9
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� 15º
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Lista, R: D
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Lista, R: 01+02+04