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FÍSICA ÓPTICA
AULA 13 – TROCAS DE CALOR
TROCAS DE CALOR
 As trocas de calor são muito comum no dia a dia.
 Por exemplo:
 A água que ferve;
 Troca de calor entre pessoas;
 Xicara de café em cima da mesa esfria;
 Refrigerante gelado em cima da mesa esquenta.
NOÇÕES DE CALOR
 As partículas que compõem um corpo estão em constante movimento.
 Dessa forma são dotadas de uma energia térmica.
 Quando a vibração das partículas é alta a energia térmica será alta (Maiores
temperaturas).
 Quando a vibração das partículas é baixa a energia térmica é baixa (Menores
temperaturas).
NOÇÕES DE CALOR
 A energia térmica dos corpos esta associada ao grau de vibração das
moléculas, ou seja, a sua temperatura.
 Supondo dois corpos de temperaturas diferentes, o corpo A e o corpo B, com
θA > θB respectivamente e massa (m).
 A energia térmica inerente ao corpo de maior temperatura flui naturalmente
para o corpo de menor temperatura.
m
m
θA
θB
B
A
Energia térmica
CALOR
 O calor é a energia térmica em trânsito transferida, espontaneamente do
corpo de maior temperatura para o de menor temperatura. Sua unidade é a
caloria (Cal ou J).
CALOR E TEMPERATURA
 Temperatura (θ) Grau de vibração das partículas [K ou ºC]
 Calor (Q): Energia térmica em trânsito [J ou Cal]
 Assim um corpo com maior temperatura tem mais vibração das moléculas,
estas por sua vez geram a energia térmica que quando transferida é
chamada de calor.
EQUILÍBRIO TÉRMICO
 Devido a diferença de temperatura entre os corpos A e B, o corpo B vai
receber calor (Energia térmica em trânsito) até que sua temperatura se
iguale a do corpo A. Quando a temperatura dos dois corpos ficam iguais
temos o equilíbrio térmico.
m
m
θA
A
θB
B
θA = θB
Q cedido = Q recebido
EQUILIBRIO TÉRMICO
Energia térmica em
movimento é nula
CAPACIDADE TÉRMICA (C)
 Capacidade térmica: A capacidade térmica de um corpo corresponde à
energia necessária para elevar a temperatura do mesmo em uma única
unidade de temperatura, em qualquer escala. (Sem se preocupar com a
massa)
𝐶=
𝑄
∆𝜃
[ cal / ºC] ou [J / K]
CALOR ESPECÍFICO (c)
 Calor específico:
O calor específico de uma substância corresponde a
quantidade de calor que cada unidade de massa deve trocar, para que a sua
temperatura varie em uma unidade.
𝐶
𝑐=
𝑚
[ J / Kg . K] ou [ Cal / g .ºC]
CALOR ESPECÍFICO (c)
 Calor específico de algumas substâncias
EQUAÇÃO FUNDAMENTAL DA CALORIMETRIA
 É importante ressaltar que a transferência de calor estudada até aqui ocorre
sem a mudança de fase do material (Do sólido para o líquido por exemplo)
 Assim sendo, podemos relacionar a o calor específico, a massa,
calor
transferido e a variação de temperatura da substância estudada.
 Fazendo isto obtemos a equação fundamental da calorimetria, que nos
fornece a quantidade de calor transferido ou recebido por uma substância
(ou corpo) sem que este mude sua fase.
EQUAÇÃO FUNDAMENTAL DA CALORIMETRIA
𝐶=
𝑄
∆θ
(I)
I = II
Q = c.m.∆θ
𝑐=
C=C
𝐶
𝑚
𝑄
∆θ
𝐶 = 𝑐 . 𝑚 (II)
= 𝑐 .𝑚
Q = c.m.∆θ
Equação Fundamental da calorimetria
EQUAÇÃO FUNDAMENTAL DA CALORIMETRIA
 A massa e o calor específico da substância são sempre positivos na equação,
assim:
• Se ∆θ > 0
Q > 0 (O corpo recebe calor e sua temperatura aumenta)
• Se ∆θ < 0
Q < 0 (O corpo cede calor e sua temperatura diminui)
Q = c . m . ∆θ
m
m
θA
A
θB
B
SISTEMAS DE TROCA DE CALOR
 Quando dois corpos trocam calor entre si temos um sistema de troca de
calor.
 Na troca de calor entre dois corpos a quantidade de calor cedida (Q < 0) por
um corpo deve ser igual a quantidade de calor recebida pelo outro corpo (Q
> 0).
Σ𝑄𝑐𝑒𝑑𝑖𝑑𝑎 = Σ𝑄𝑟𝑒𝑐𝑖𝑏𝑜

Essa fórmula é chamada de balanço energético.
SISTEMAS DE TROCA DE CALOR
Sistema termicamente isolado
 É um sistema que não permite a troca de calor com o meio externo, apenas
entre os dois corpos envolvidos no sistema
ƩQ cedido = ƩQ recebido
-QA = QB
QA + QB = 0
SISTEMAS DE TROCA DE CALOR
Sistema não termicamente isolado
 Esse sistema além da trocar de calor entre os corpos, também troca calor
com o meio externo (Universo)
ƩQ cedido = ƩQ recebido
-QA = QB + QU
QA + QB + QU = 0
TRASFERÊNCIA DE CALOR
Exercícios.
1) Dentro de um recipiente termicamente isolado, são misturados 200 g de
alumínio cujo calor específico é 0,2 cal/g.°C, à temperatura inicial de 100
°C, com 100 g de água, cujo calor específico é 1 cal/g.°C, à temperatura
inicial de 30 °C. Determine a temperatura final de equilíbrio térmico.
RESPOSTA: 50 ºC
TRASFERÊNCIA DE CALOR
2) Em um recipiente adiabático (que não troca calor com o meio exterior),
junta-se 2000g de água a 22 ºC, 400g de mercúrio a 60 ºC e uma massa m de
certa substancia x a 42ºC. Determine o valor da massa, sabendo-se que a
temperatura final de equilíbrio térmico é 24 ºC. (dado CHg 0,033 cal/gºC ,
Cx= 0,113 cal/gºC).
TRASFERÊNCIA DE CALOR
03) Uma vasilha adiabática contem 100g de água a 20ºC, misturando 250g de
ferro a 80ºC, a temperatura atinge 33ºC. Determine o calor especifico do
ferro. (Dado: calor especifico da água 1cal/gºC)
R: 0,11 cal/g.ºC
TRASFERÊNCIA DE CALOR
4) Quando misturamos 1,0 kg de água (calor específico sensível = 1,0 cal/g°C) a
70°C com 2,0 kg de água a 10°C, obtemos 3,0 kg de água a:
a) 10°C
b) 20°C
c) 30°C
d) 40°C
e) 50°C
Resposta: C