Aula 3 de física III calorimetria

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Aula 3
Física III
Calorimetria
Calorimetria
• Estudos das relações que envolvem as trocas
de calor entre materiais e sua relação com a
variação de temperatura dos corpos, deve ser
levado em consideração:
1. O material (calor específico)
2. Quantidade de material (massa);
3. Variação de temperatura do sistema.
Calor sensível (Q) é a quantidade de calor trocada
por uma substância enquanto ela estiver em uma
mesma fase.
Capacidade térmica e calor específico
• A capacidade térmica de um
corpo corresponde à energia
necessária para elevar a
temperatura desse corpo em um
grau (ou em uma unidade).
O calor específico de uma
substância corresponde à
quantidade de calor que cada
unidade de massa deve trocar,
para que a sua temperatura
varie em uma unidade (um
grau).
Capacidade Térmica
Equilíbrio Térmico
Dado n objetos, a soma dos calores recebidos
e cedidos no sistema será igual a 0:
• Iremos considerar um sistema isolado um
sistema que não efetua trocas de calor com o
meio externo. Sendo assim a soma dos calores
dos materiais presentes no sistema é 0.
Sistema isolado
Calorímetro
Calorímetro
São equipamentos que permitem que corpos troquem de
calor sem que haja perda de energia térmica nesse processo.
Um calorímetro ideal (quando não há perda de calor), permite
descobrirmos o tipo de material, através do calor específico
do mesmo.
Exemplo
1- Em um episódio de gripe, um homem de 80kg tem
39oC de febre (cerca de 2oC acima da temperatura
normal de 37oC). Considerando que o corpo humano é
constituído essencialmente de água, qual seria o calor
necessário para produzir essa variação de
temperatura?
2- Ao receber 6000 cal, um corpo de 250 g
aumenta sua temperatura em 40 o C, sem mudar
de fase. Qual o calor específico do material
desse corpo?
1) (Exemplo 18.1, pág 627, Tipler 5a ed) Que
quantidade de calor é necessária para elevar de 20
oC a temperatura de 3 kg de cobre? (dado: c =
0,386 kJ/kg.K) resp(23 kJ)
2) (Exemplo 18.2, pág 629, Tipler 5a ed) Para medir o calor
específico do chumbo, uma pessoa aquece 600 g de
granalha de chumbo até a temperatura de 100 oC e depois
coloca esse conteúdo em um calorímetro de alumínio com
200 g de massa, contendo 500 g de água, inicialmente a
17,3 oC. Se a temperatura final do conjunto for de 20 oC,
qual o calor específico do chumbo? (o calor específico do
recipiente de alumínio é 0,9 kJ/kg.K). resp(0,128 kJ/kg.K).
Exercícios da lista!!!
(Ex. 26, cap 18, pág 659, Tipler 5a ed) Uma casa solar
contém 105 kg de concreto (calor específico = 1
KJ/kg.K) Que quantidade de calor é liberada pelo
concreto quando se resfria de 25 oC para 20 oC?
( -5.105 kJ).
(Ex. 33, pág 659, Tipler 5a ed) Uma amostra de 200 g
de chumbo é aquecida a 90 oC e depositada em um
calorímetro contendo 500 g de água, inicialmente a 20
oC. Desprezando a capacidade calorífica do recipiente
do calorímetro, estime a temperatura final do chumbo
e da água. (20,8 oC).
Mudança de fase
Em algumas situações a transferência de energia
para uma substância resulta em mudança de fase
Durante a mudança de fase a temperatura permanece
constante
As mudanças de fase comuns são de sólido para
líquido (fusão), líquido para gás (vaporização)
mLQ 
A transferência de energia necessária para a mudança de fase de uma dada
substância de massa m de uma substância pura é
L - calor latente da substância
depende da natureza da mudança
de fase e da substância
fL
evaporação ou condensação calor de evaporação vL
O calor latente de fusão é a energia necessária para romper todas as
ligações intermoleculares num quilograma de uma substância de maneira a
converter a fase sólida em fase líquida.
O calor latente de vaporização é a energia que deve ser adicionada a um
quilograma da fase líquida de uma substância para romper todas as
ligações de maneira a formar um gás
fusão ou congelamento calor de fusão
A potência térmica mede a rapidez com que o calor é
trocado entre dois corpos. Para determinar a potência
térmica de uma fonte térmica que fornece
uma quantidade de calor Q num intervalo de tempo Dt,
faz-se a razão entre as grandezas:
(8 da lista) ..Uma sala é iluminada por
quatro lâmpada incandescentes de 10 W. A
potência de 100W é a taxa com que uma
lâmpada converte energia elétrica em calor
e em luz visível. Supondo que 90% de
energia sejam convertidos em calor, quanto
calor a sala recebe em uma hora.?
(Resp 1296kJ)
Exercícios da lista!!
• 1- Quantas calorias precisam ser
fornecidas a 60 g de gelo a -10 o C para
que esse se funda e se transforme em
água líquida na temperatura de 40 o C .?
Resp (7,48 kcal)
• 2- Qual a quantidade de calor necessária
para transformar 1,5 kg de gelo de -20 o C
e 1 atm de vapor (100 o C ). Resp
(4,58MJ)
4) (Ex. 29, pág 659, Tipler 5a ed) Um pedaço de 50 g de alumínio a 20 oC é
resfriado a – 196 oC pela imersão num grande banho de nitrogênio líquido a
essa temperatura. Qual a quantidade de nitrogênio evaporada? Considere
que o calor específico do alumínio é constante e igual a 0,90 kJ/kg.K) (48,8
g).
5) (Ex. 36, pág 660, Tipler 5a ed) Um copo de vidro, com 25 g
de massa, contém 200 mL de água a 24 oC. Se dois cubos de
gelo, de 15 g cada e a uma temperatura de – 3 oC, forem
colocados no copo, qual será a temperatura final da água?
Despreze a condução térmica entre o copo e o ambiente. (10,6
oC)
CO2 no estado sólido também conhecido como gelo seco é muito
usado em câmaras frigoríficas pos a pressão atmosférica normal ele
sublima a aproximadamente -80º C . Determine o valor
correspondente a essa temperatura na escala Fahrenheit. Quais
estados físicos pertencem a essa transformação?
Uma secretária em uma reunião tem de servir água gelada para os
executivos, mas só possui 6 l de água a 25 oC calcule a quantidade
de gelo a 0 oC que a secretária tem que comprar para servir água a
10 oC . Sabendo 6L = 6000g