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Aulas Multimídias – Santa Cecília
Professor Rafael Rodrigues
Disciplina: Física
Série: 1º ano EM
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CALORIMETRIA
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TEMPERATURA
Todo corpo que esteja a uma temperatura acima do zero absoluto é constituído de partículas que estão em movimento:
A temperatura de um corpo reflete a rapidez com se movem ou vibram aspartículas em um gás, em um líquido ou em um sólido
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Em um vaso de água:
Todas as partículas que a compõem estão em contínuo movimento. As moléculas novaso de água a 50 0C apresentam energia cinética média maior que as moléculas novaso de água a 25 0C.
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Temperatura mede a energia cinética daspartículas que compõem o sistema e nãodepende do número de partículas que oconstituem
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ENERGIA INTERNA (U)
A energia interna (microscópica) de um sistema tem duas componentes:
A energia cinética (de vibração, rotação e/ou translação) das partículas do sistema,cujo valor médio está relacionado com a temperatura do sistema; A energia potencial, que está associada com as interações entre as partículas e comas ligações existentes.
A energia interna de um sistema é o somatório das energias cinéticas e energiaspotenciais de todas as partículas que o constituem, dependendo, por isso: da temperatura que o sistema se encontra; da massa do sistema.
Energia cinética microscópica
Energia potencial , associada às ligações entre as moléculas e entre os átomos.
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400 Joules aumenta de10C a temperatura docafé contido em umacaneca.
400 000 Joules aumenta de 10C a temperatura docafé contido em 1000 canecas.
Vamos elevar a temperatura de uma caneca de café da temperatura ambientepara 100 0C. Depois vamos aumentar a temperatura de 1000 canecas de café da temperaturaambiente para 100 0C. No final a temperatura será a mesma, mas a quantidade de energia necessária émuito diferente. 1000 canecas de café a uma temperatura de 100 0C apresentam muito maisenergia que 1 caneca de café a 100 0C. . Dois corpos podem apresentar a mesma temperatura e possuírem energiasinternas diferentes
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A transferência de energia cessa quando os dois corposficam à mesma temperatura
Nesta situação os dois corpos encontram-seem Equilíbrio Térmico
HAVERÁ TRANSFERÊNCIA DE ENERGIA:
CALOR
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T1 T2
T1 > T2
T1 T2 T3 T3
Energia que flui corpode maior temperaturapara o corpo de menortemperatura = calor
Equilíbrio térmico
Calor é a forma macroscópica na qual a energia passa de um sistema físicopara outro devido unicamente a uma diferença de temperatura.
Calor é a energia térmica em trânsito, entre dois corposou sistemas, decorrente apenas da existência de umadiferença de temperatura entre eles.
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LEI ZERO DA TERMODINÂMICA
Se dois corpos, A e C estiverem, separadamente em equilíbriotérmico com um terceiro corpo, B, então estarão em equilíbriotérmico entre si.
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O EQUIVALENTE MECÂNICO DO CALOR
No princípio do século XIX, um físico inglês, chamado James Prescott Joule,estabeleceu a relação precisa entre calor e energia mecânica. Joule utilizou uma rodacom paletas ( que estavam dentro de um cilindro com água), conectadas a umconjunto de polias, com pesos nas suas extremidades.
Quando os pesos caem, as paletas giram. O giro das paletas faz com que atemperatura da água aumente.
Com essa experiência Joule determinou que o equivalente mecânico do calor é:1 cal = 4,186 J
1 caloria é a quantidade de energia que se deve fornecer a 1 grama de água para elevarsua temperatura de 14,5 0C para 15,5 0C.
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PROPAGAÇÃO DO CALOR
Mecanismos de transmissão de calor
CONDUÇÃO: transferência de energia deuma porção de matéria à matéria adjacentepor contato direto, sem troca, mistura oufluxo de qualquer material.
CONVECÇÃO: transferência deenergia mediante a mistura dediferentes partes do material: seproduz misturando e trocandomatéria.
RADIAÇÃO: transferência de energiaatravés de ondas eletromagnéticas,emitidas por corpos de altatemperatura e absorvidas por corposde baixa temperatura.
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CONDUÇÃO
É o mecanismo de propagação de calor que predomina em sólidos.
http://www.gcsescience.com/pen5.htm
CALOR
Quando a extremidade da esquerda é aquecida, as partículas dessa região passam avibrar mais. Chocando-se com as partículas vizinhas; o aumento de vibração étransmitido para todo o corpo.
Como o metal é melhor condutor de calor que a madeira, ao tocarmos o metalperderemos mais calor que ao tocarmos a madeira. Assim, o metal dá a sensaçãode ser mais “frio” que a madeira.
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CONVECÇÃO
É o mecanismo de propagar calor que predomina em líquidos e gases.
É um fenômeno de transporte de matéria e energia que tem sua origem na diferençade densidades. Quando um líquido ou um gás é aquecido ele aumenta de volume esua densidade diminui. Se uma camada de material mais fria e mais densa seencontra acima do material quente, o material quente sobe e o material frio descepara ser aquecido.
Água quente sobe
Água fria desce
CALOR
CORRENTES DE CONVECÇÃO
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A convecção ajuda a aquecer casas e esfriar motores de carro.
água quente
radiador
friamistura fria
Ar
mistura quente
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Perto da orla costeira, a convecção é responsável pela brisa do mar. Como o calorespecífico da areia é menor que o calor específico da água, durante o dia, a areiafica muito mais quente que o oceano. A brisa do mar é criada quando o ar quentesobre a terra se eleva devido à convecção e é substituído por um ar mais frio dooceano. De noite, a areia e o oceano perdem calor, mas a areia esfria mais que ooceano. O oceano fica mais quente e uma brisa terrestre ocorre.
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RADIAÇÃO
É o mecanismo de propagar calor através de ondas eletromagnéticas que ocorremesmo no vácuo.
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GARRAFA TÉRMICA
O vácuo diminui as trocas de calor por condução e convecção. As paredes espelhadas diminuem a as trocas de calor por radiação.
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CAPACIDADE TÉRMICA (C)
1 kg água 2 kg água
Quantidades diferentes deágua, recebendo a mesmaquantidade de calor,sofrem variações detemperaturas diferentes.Seria necessário fornecerduas vezes mais calor a 2 kgde água para causar amesma variação detemperatura que foicausada em 1 kg de água.
A capacidade térmica (C) de um corpo mede a quantidade de calor que deve serfornecida ou retirada do corpo para causar uma certa variação de temperatura:
onde:Q = quantidade de calor dada ou retirada.ΔT = variação de temperatura
Unidade: cal/0C
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1 kg água
2 kg água
Se quisermos causar em 2 kg de água a mesma variação de temperatura causada em1 kg, devemos fornecer (ou retirar) duas vezes mais calor. Logo, a capacidade térmicade 2 kg de água é o dobro da de 1 kg.
A grandeza capacidade térmica não é característica da substância. Quanto maior aquantidade de uma certa substância, maior sua capacidade térmica
Quanto maior a capacidade térmica de um corpo, mais calor é necessário fornecerou retirar do corpo para aumentar ou diminuir sua temperatura.
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CALOR ESPECÍFICO (c)
1 kg água2 kg água
A capacidade térmica de 2 kg de água (m2) é o dobro da capacidade térmica de 1 kg deágua (m1):
C 2 = 2.C1 e m2 = 2.m11
1
2
2
m
C
m
C
O quociente entre a capacidade térmica de um corpo e a massa do corpo é típico dasubstância que constitui o corpo. Esse quociente é chamado de calor específico docorpo (c):
Unidade: cal/g.0C
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O calor específico de uma substância é a quantidade de calor necessária para aumentarde 1 0Celsius a temperatura de 1 g da substância.
1 g
20° C 21° C
calor específico
O calor específico é típico da substância. Quanto maior o calor específico da substância,mais calor é necessário fornecer para aumentar a temperatura ou mais calor énecessário retirar para diminuir a temperatura.
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A temperatura do ouro sobe rapidamente, em comparação com a água porque seu calor específico é menor do que o calor específico da água
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Moléculas da água apresentam ligações fortes uma com as outras. Os metais
apresentam ligações mais fracas. É necessário mais energia para quebrar as
ligações entre as moléculas da água.
Por que a água tem calor específico maior que os metais?
ÁGUAMETAL
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Q = m . c . ΔT
Quantidade de calor sensível
Quando a quantidade de calor provocar mudança de temperatura, ela é chamada de quantidade de calor sensível. Se o corpo recebe calor: Q > 0. Se o corpo cede calor: Q < 0.
QUANTIDADE DE CALOR SENSÍVEL
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Sólido Líquido Gasoso
Sublimação
Sublimação
Fusão
Solidificação
Vaporização
Liquefação
OBS:. Os fenômenos de fusão e os de vaporização acontecem
sempre devido ao recebimento de calor, enquanto a
solidificação e a liquefação ocorrem devido à perda de calor.
MUDANÇAS DE FASE
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Quantidade de energia térmica recebida ou cedida por um corpo, para exclusivamente
mudar de estado físico.
: Calor Latente
Indica a energia necessária para uma unidade de massa mudar de estado
físico sem variar sua temperatura.
Unidade(S.I) J/kg
(prática) cal/g
L L > 0 – absorve calor durante a mudança
L < 0 – cede calor durante a mudança
QL = m.L
QUANTIDADE DE CALOR LATENTE
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As curvas de aquecimento ou resfriamento fornecem a variação de
temperatura de um corpo em função da quantidade de calor recebida ou
cedida pelo corpo.
ΔT
Q recebida
ΔT1
ΔT2
ΔT3
Q1 Q2 Q3 Q4 Q5
Sólido
Sólido
+
líquido
Líquido
Líquido
+
Vapor
Gasoso
CURVAS DE AQUECIMENTO E RESFRIAMENTO
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Observando o gráfico anterior, temos:
Q1 = m.csólido. ΔT1 (Calor Sensível)
Q2 = m.Lf (Calor Latente de Fusão)
Q4 = m.LV (Calor Latente de Vaporização)
Q3 = m.clíquido. ΔT2 (Calor Sensível)
Q5 = m.cgasoso. ΔT3 (Calor Sensível)
Qtotal = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5
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• É a grandeza que expressa a quantidade de energia fornecida por uma fonte a cada unidade de tempo.
• É a rapidez com a qual uma certa quantidade de energia é transformada.
t
QP
Unidades usuais Unidades do SI
Q..............cal...............................Joule (J)
t........minuto (min)…….…...…..segundo (s)
P… …cal/min…………….…Watt (W) = J/s
POTÊNCIA
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• Se vários corpos, no interior de um recipienteisolado termicamente, trocam calor, os de maiortemperatura cedem calor aos de menortemperatura, até que se estabeleça o equilíbriotérmico.
• E de acordo com o princípio de conservação temos:
1 2 3 ... 0nQ Q Q Q
TROCAS DE CALOR
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recebida cedidaQ Q 0
recebida cedidaQ Q
SISTEMA ISOLADO
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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-
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CALORÍMETRO