03-12Calor sensível, capacidade térmica e calor específico

Prévia do material em texto

Algumas curiosidades...
Antes de responder, vamos conhecer alguns conceitos 
fundamentais...
Por que durante o dia é tão
quente no deserto, mas à noite é
tão frio?
Por que, durante o dia, quando
estamos na praia, percebemos
que o vento sopra da água para a
areia, mas à noite esse sentido é
invertido?
Imagem: Capture Queen / Creative Commons Attribution 2.0 Generic
Energia Térmica em trânsito devido a 
diferença de temperatura entre corpos. 
Costuma-se dizer que calor é 
ENERGIA TÉRMICA EM MOVIMENTO.
✓ Obs.: O Calor SEMPRE flui espontaneamente
do corpo de MAIOR temperatura para o corpo
de MENOR temperatura.
Calor
Imagem: Valo / Creative Commons Atribuição 
2.5 Genérica
Físico, Químico e Médico 
escocês, evidenciou-se no seu 
trabalho sobre Termodinâmica, 
sendo o primeiro a distinguir Calor 
de Temperatura. Introduziu a 
noção de Calor Específico e de 
Calor Latente. É considerado, 
juntamente com Cavendish e 
Lavoisier, um dos pioneiros da 
Química Moderna.
Joseph Black (1728 – 1799)
Imagem: James Heath (engraver) after Henry 
Raeburn / Domínio Público
Por meio de experimentos nos 
quais misturava substâncias a 
diferentes temperaturas, observou 
que os resultados não condiziam 
com as teorias da época, que 
apontavam o calor como uma 
substância fluida (chamada de 
calórica) presente na matéria.
XAVIER, Claudio & BENIGNO, Barreto. Física aula por aula. Volume 2. FTD. 1ª ed. 2010.
Im
a
g
e
m
: 
J
a
m
e
s
 H
e
a
th
(e
n
g
ra
v
e
r)
 a
ft
e
r
H
e
n
ry
 R
a
e
b
u
rn
/ 
D
o
m
ín
io
 
P
ú
b
lic
o
Joseph Black (1728 – 1799)
Calor que produz variação de temperatura sem que o 
estado físico da matéria seja alterado.
Calor Sensível
Ex.: Quando colocamos 
algo para aquecer no fogo, 
estamos aumentando sua 
temperatura.
Charge disponível no link: http://3.bp.blogspot.com/-
ksA8bKowSVk/T9MppBkJepI/AAAAAAAAKDY/x6Z97-RnG1w/s1600/aquecimento-
global+7.jpg
Imagem: GRAN / GNU Free Documentation License
http://3.bp.blogspot.com/-ksA8bKowSVk/T9MppBkJepI/AAAAAAAAKDY/x6Z97-RnG1w/s1600/aquecimento-global+7.jpg
A energia é medida em joules (J) no (S.I.). Como
o calor também é uma forma de energia, possui
a mesma unidade. Por motivos históricos e
práticos, também usamos outra unidade, a
caloria (cal).
Unidade de medida de Calor
1 cal = 4,18 J
Quantidade de calor necessária 
para elevar em 1ºC a temperatura 
de um corpo.
Capacidade Térmica
Equivale ao quociente entre a 
quantidade de calor recebido ou 
cedido pelo corpo e a 
correspondente variação de 
temperatura.
𝑪 =
𝑸
∆𝑻
Exemplo:
46ºC
26ºC
Neste caso, temos: 𝑪 =
𝟒𝟎 𝒄𝒂𝒍
𝟐𝟎 𝒐𝑪
Logo:
Esse resultado nos indica que, para variar a 
temperatura desse corpo em 1 ºC, 
precisaremos fornecer a ele 2 cal.
Quantidade de calor necessária para elevar em 1ºC a temperatura de
uma unidade de massa de um corpo.
Calor Específico
𝑐 =
𝑄
𝑚 ∙ ∆𝑇
http://d1gnq2svmchsi4.cloudfront.net/wp-content/uploads/2012/02/cryoscope.jpg
Exemplo:
Esse resultado nos indica que, para variar a 
temperatura de 1 g do material que compõe 
esse corpo em 1 º C, precisaremos fornecer a 
ele 0,5 cal.
Nesse caso, temos: 𝒄 =
𝟎, 𝟓 𝒄𝒂𝒍
𝟏𝒈 ∙ 𝟏 𝒐𝑪
Logo:
27ºC
26ºC
Equação Fundamental da Calorimetria
Como 𝑐 =
𝑄
𝑚 ∙ ∆𝑇
Temos que: 𝑸𝑺 = 𝒎 ∙ 𝒄 ∙ ∆𝑻
Essa expressão nos mostra que a Quantidade de Calor Sensível (QS) é
DIRETAMENTE PROPORCIONAL
1. à Massa (m) do corpo → Quanto maior a massa do corpo, maior a
quantidade de calor necessária para variar sua temperatura;
2. ao Calor Específico (c) → Quanto maior o calor específico, maior a
quantidade de calor necessária para variar sua temperatura;
3. à Variação de Temperatura (∆T) → Quanto maior a variação de
temperatura que se deseja obter de um corpo, maior a quantidade de
calor que se deve fornecer.
No deserto, durante o 
dia, a temperatura 
atinge valores muito 
elevados; situação que 
se inverte à noite, com 
temperaturas bem 
baixas. 
Imagem: Thomas Tolkien / Creative Commons Attribution 2.0 Generic
Curiosidade
A areia do deserto possui calor específico relativamente pequeno, o 
que a faz aquecer com muita facilidade durante o dia e se resfriar 
facilmente à noite. Por isso, as temperaturas variam muito.
Curiosidade
A explicação dessa variação se 
baseia no conceito de calor 
específico.
Imagem: Thomas Tolkien / Creative Commons 
Attribution 2.0 Generic
1 Cal = 1000 cal
Curiosidade
A “Caloria” utilizada por médicos 
e nutricionistas é, na realidade, a 
quilocaloria (1 kcal = 1000 cal), 
também chamada Grande Caloria. 
Imagem: Glane23 / GNU Free Documentation 
License
Curiosidade
Brisa Marítima X Brisa Continental
Por que, quando estamos na praia durante o dia, 
percebemos que os ventos sopram da água para a 
praia e à noite esse sentido é invertido?
Imagem: Tó campos1 / Domínio Público
Brisa Marítima X Brisa Continental
Durante o dia, a temperatura da terra se
eleva mais rapidamente que a da água.
Isso acontece porque o calor específico da
água é maior que o da terra. Ou seja, é
necessário maior quantidade de calor para
elevar a temperatura de certa massa de
água que elevar a temperatura da mesma
massa de areia. As camadas de ar que
estão em contato com a areia se aquecem
mais, ficam menos densas e sobem. Seu
lugar é ocupado pelo ar frio que está em
contato com a água. Surge assim uma
brisa do mar para a praia (Brisa Marítima).
Dia
z
o ar se esfria e desce
AR DE ALTA
PRESSÃO
AR DE BAIXA
PRESSÃO
o ar é mais frio
sobre o mar
e se move em
direção ao continente
o ar se aquece no
continente e sobe
À noite, o movimento se inverte. Devido, ainda, aos diferentes 
valores de calores específicos, a terra esfria mais rapidamente. A 
água demora mais para esfriar. Assim, à noite, o ar mais quente é o 
que está em contato com a água. Por ser menos denso, ele sobe, 
dando lugar ao ar mais frio que está em contato com a praia. 
Produz-se então a brisa da terra para o mar (Brisa Continental ou 
Brisa Terrestre).
Brisa Marítima X Brisa Continental
Noite
z
o ar se esfria em altitude 
e desce
AR DE BAIXA
PRESSÃO
AR DE ALTA
PRESSÃO
o ar mais frio sobre o continente se 
desloca em direçáo ao mar
o ar mais aquecido 
sobre o mar sobe
Recipiente termicamente isolado 
que evita troca de calor entre o seu 
conteúdo e o meio externo.
Em princípio, um calorímetro ideal 
não deveria trocar calor com os 
corpos de seu interior, mas na 
prática isso ocorre. Portanto, em 
alguns casos, vamos considerar a 
capacidade térmica do calorímetro 
no equacionamento da troca de 
calor.
Imagem: Akshat Goel / Creative Commons Attribution-
Share Alike 3.0 Unported
Calorímetro
A garrafa térmica é um tipo de 
calorímetro. 
Calorímetro
Com a finalidade de isolar termicamente o 
conteúdo de uma garrafa térmica do meio 
ambiente, adotam-se os seguintes 
procedimentos:
• As paredes internas são feitas de vidro, que, 
por ser mau condutor, atenua a troca de 
calor por condução;
• as paredes internas são duplas, separadas 
por uma região de vácuo, cuja função é 
evitar a condução do calor que passa pelas 
paredes de vidro.
Imagem: Henna / Creative Commons 
Attribution-Share Alike 1.0 Generic
• O vidro de que são feitas as paredes internas da 
garrafa é espelhado, para que o calor radiante seja 
refletido, atenuando assim as trocas por irradiação.
• Para evitar as possíveis trocas de calor por 
convecção, basta fechar a garrafa, pois dessa 
forma as massas fluidas internas não conseguem 
sair do sistema.
• É evidente que não existe o isolamento térmico 
perfeito; assim, apesar dos cuidados citados, após 
um tempo relativamente grande (várias horas), o 
conteúdo da garrafa térmica acaba atingindo o 
equilíbrio térmico com o meio ambiente.
A garrafa térmica é um tipo de 
calorímetro. 
Im
a
g
e
m
: 
H
e
n
n
a
 /
 C
re
a
ti
v
e
 C
o
m
m
o
n
s
 
A
tt
ri
b
u
ti
o
n
-S
h
a
re
 A
lik
e
 1
.0
 G
e
n
e
ri
c
CalorímetroTrocas de calor
Num sistema de vários corpos, termicamente isolados do meio externo, 
a soma das quantidades de calor por eles trocados é igual a zero.
𝑸𝒄𝒆𝒅𝒊𝒅𝒐 + 𝑸𝒓𝒆𝒄𝒆𝒃𝒊𝒅𝒐 = 𝟎
Para um sistema de n corpos, escrevemos:
𝑄1 + 𝑄2 + 𝑄3 +⋯+ 𝑄𝑛 = 0
No caso de o sistema não estar termicamente isolado ou de o 
calorímetro não ser ideal, devemos levar em conta a troca de calor dos 
corpos com o ambiente.
𝑄1 + 𝑄2 + 𝑄3 +⋯+ 𝑄𝑛 + 𝑄𝑎𝑚𝑏𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 = 0