Física calorimetria 20-10-2020

Prévia do material em texto

AULA DE FÍSICA 20/10/2020
Calorimetria
Escalas termométricas
Graus Celsius 
1. Ponto de fusão da água = 0°
2. Ponto de ebulição da água = 100°
Kelvin
· Ponto de fusão da água = 273
· Ponto de ebulição da água = 373
Graus Fahrenheit
· Ponto de fusão da água = 32°
· Ponto de ebulição da água = 212°
Transformações entre escalas:
Entre graus Celsius e Kelvin:
Entre graus Celsius e graus Fahrenheit:
Exemplos:
Passe as seguintes temperaturas para as unidades pedidas:
a) 150 K para °C
b) 75°F para °C
c) 32°F para K
Princípio das trocas de calor
A troca de calor acontece quando dois ou mais corpos com temperaturas diferentes são colocados em contato em um mesmo ambiente (sistema isolado) e, depois de certo tempo, alcançam o equilíbrio térmico.
O calor é a energia térmica em trânsito, ou seja, que é transmitida de um corpo para outro.
Para que o Calor seja transmitido é necessário que:
· Dois corpos possuam temperaturas diferentes.
· Os corpos estejam em contato entre si.
A troca de calor acontece até que os corpos estejam em equilíbrio térmico, ou seja, possuam a mesma temperatura.
O fluxo da energia térmica é sempre no sentido do com menos temperatura para aquele com maior temperatura. 
O princípio de trocas de calor possui mesmo módulo, porém apresenta sinais contrários, ou seja, o corpo que recebe calor é positivo e o corpo que cede (perde) calor é negativo.
Sensação térmica
Corresponde ao sentido de frio e quente. Temos a sensação de frio quando o nosso corpo está cedendo calor para outro corpo ou para o meio. De forma contrária, temos a sensação de quente quando o nosso corpo está recebendo calor de alguma fonte externa.
Fórmulas para calcular o calor
Calor sensível
É o calor que ocasiona na variação da temperatura do corpo. Ele é calculado usando a seguinte fórmula:
Legenda:
Q – Quantidade de calor (J ou cal)
m – Massa do corpo (kg ou g)
c – Calor específico (J/kg.K ou cal/gºC)
ΔT – Variação de temperatura (K ou ºC)
Calor latente
É o calor que ocasiona na alteração do estado físico do corpo, ou seja, gera os fenômenos de condensação, fusão e evaporação. Ele é calculado usando a seguinte fórmula:
Legenda:
Q – Quantidade de calor latente (J ou cal)
m – Massa do corpo (kg ou g)
L – Calor latente de fusão (LF), vaporização (LV), etc. (J/kg ou cal/g)
Capacidade térmica
Capacidade térmica é uma grandeza física utilizada para definir a quantidade de calor que um corpo deve receber, ou ceder, para que a sua temperatura varie em 1,0 ºC ou 1,0 K.
As duas fórmulas que podem ser utilizadas para calcular a capacidade térmica de um corpo são representadas a seguir:
Legenda:
C – Capacidade térmica (cal/g ou J/kg)
EXERCÍCIOS
Questão 1 - (PUC-RJ) Uma quantidade de água líquida de massa m = 200 g, a uma temperatura de 30 ºC, é colocada em um calorímetro junto a 150 g de gelo a 0 ºC. Após atingir o equilíbrio, dado que o calor específico da água é c = 1,0 cal/(g . ºC) e o calor latente de fusão do gelo é L = 80 cal/g, calcule a temperatura final nessa situação.
a) 10 °C
b) 15 °C
c) 0 °C
d) 30 °C
e) 60 °C
Questão 2 - Um bloco de determinado material e de massa igual a 1 kg (1000 g), em uma temperatura de 60 °C, é encostado em outro bloco do mesmo material, de massa igual a 600 g e que está em temperatura ambiente, de 20°C. Calcule a temperatura de equilíbrio térmico dos blocos.
Questão 3 - Ao fornecer 300 calorias de calor para um corpo, verifica-se como consequência uma variação de temperatura igual a 50 ºC. Determine a capacidade térmica desse corpo.
Questão 4 - Para aquecer 500 g de certa substância de 20 ºC para 70 ºC, foram necessárias 4 000 calorias. A capacidade térmica e o calor específico valem respectivamente:
a) 8 cal/ ºC e 0,08 cal/g .ºC
b) 80 cal/ ºC e 0,16 cal/g. ºC
c) 90 cal/ ºC e 0,09 cal/g. ºC
d) 95 cal/ ºC e 0,15 cal/g. ºC
e) 120 cal/ ºC e 0,12 cal/g. ºC
Questão 5 - Em uma panela foram colocados 1,5 kg de água em temperatura ambiente (20 ºC). Ao ser aquecida, sua temperatura passa para 85 ºC. Considerando que o calor específico da água é de 1 cal/g ºC, calcule:
a) a quantidade de calor recebida pela água para atingir essa temperatura
b) a capacidade térmica dessa porção de água
Questão 6 - Qual a quantidade de calor necessária para que um bloco de 600 kg de gelo, a 0 ºC, se transforme em água nessa mesma temperatura. Considere que o calor latente de fusão do gelo é de 80 cal/g.
Questão 7 - Num experimento, um professor deixa duas bandejas de mesma massa, uma de plástico e outra de alumínio, sobre a mesa do laboratório. Após algumas horas, ele pede aos alunos que avaliem a temperatura das duas bandejas, usando para isso o tato. Seus alunos afirmam, categoricamente, que a bandeja de alumínio se encontra numa temperatura mais baixa. Intrigado, ele propõe uma segunda atividade, em que coloca um cubo de gelo sobre cada uma das bandejas, que estão em equilíbrio térmico com o ambiente, e os questiona em qual delas a taxa de derretimento do gelo será maior.
O aluno que responder corretamente ao questionamento do professor dirá que o derretimento ocorrerá
a) mais rapidamente na bandeja de alumínio, pois ela tem uma maior condutividade térmica que a de plástico.
b) mais rapidamente na bandeja de plástico, pois ela tem inicialmente uma temperatura mais alta que a de alumínio.
c) mais rapidamente na bandeja de plástico, pois ela tem uma maior capacidade térmica que a de alumínio.
d) mais rapidamente na bandeja de alumínio, pois ela tem um calor específico menor que do plástico.
e) com a mesma rapidez nas duas bandejas, pois apresentarão a mesma variação de temperatura.
Segundo Bonjorno & Clinton, em seu livro Física, História e Cotidiano, “O nível de energia interna de um corpo depende da velocidade com que as partículas se movimentam. Se o movimento é rápido, o corpo possui um alto nível de energia interna. Se o movimento é lento, o corpo tem um nível de energia interna baixo”. Investigando-se microscopicamente um corpo, com foco no grau de agitação de suas partículas, podemos medir indiretamente seu (sua) _________________, que será obtido (a) com o uso de um ____________________.
a) temperatura – calorímetro
b) temperatura – termômetro
c) quantidade de calor – termômetro
d) coeficiente de dilatação linear – calorímetro
Em regiões mais frias, é usual utilizar o parâmetro “Sensação Térmica” para definir a temperatura percebida pelas pessoas. A exposição da pele ao vento é uma das variáveis que compõem esse parâmetro. Se durante essa exposição, a camada de ar em contato com a pele é constantemente renovada por outra com uma temperatura menor do que a pele, pode-se afirmar corretamente que
a) não há troca de calor entre a pele e a camada de ar.
b) há troca constante de calor da camada de ar para a pele.
c) há troca constante de calor da pele para a camada de ar.
d) há troca constante de calor da pele para camada de ar e vice-versa.
Uma variação qualquer na escala Celsius tem na escala Kelvin valor numérico 
a) 1/273 vezes maior. 
b) 273 vezes menor. 
c) 273 vezes maior. 
d) igual.
Em um recente trabalho, os pesquisadores de uma instituição concluíram que 500 mL do total de água pura utilizada durante o processo de fabricação de um copo plástico são “perdidos” devido a mudança do estado líquido para o estado de vapor a 100 °C. Em termos de energia, essa quantidade de água pura “perdida” equivale, em calorias, a ____. Considere: 1 – que a água pura, antes de entrar no processo de fabricação, está a 25 °C; 2 – calor específico da água pura igual a 1 cal/g°C; 3 – calor latente de vaporização da água pura igual a 540 cal/g; e 4 – a densidade da água pura igual a 1 g/cm³.
a) 270
b) 307,5
c) 270000
d) 307500
Considere um cubo de gelo de massa 1kg que se encontra à temperatura de - 2 ºC. Colocado ao sol, recebe 14 J de calor a cada segundo. Dados o calor específico do gelo igual a 0,5 cal/g.ºC e 1 cal igual a 4,2J. Quantos minutos o gelo deverá ficar ao sol para começar a se fundir? 
a) 0,005 
b) 0,5 
c) 5 
d) 50