calorimetria

CALORIMETRIA
Calor
É a transferência de energia de um corpo
para outro, decorrente da diferença de
temperatura entre eles.
quente
frio
Unidades de calor
1 cal = 4,186 J (no SI)
1 kcal = 1000 cal
Fluxo de calor
CALORIMETRIA
Potência ou Fluxo de Calor
Se medirmos o intervalo de tempo durante o qual uma
fonte térmica (fogão a gás) fornece determinada fonte de
calor, definimos potência como:
Unidades de Potência:
J/s = watt (W) (no SI)
ou
cal/min ou cal/s.
CALORIMETRIA:
Calor específico (cp)
É a quantidade de calor necessária para variar a
temperatura de 1g de determinada substância, de
1oC. Essa variação depende de cada substância,
por exemplo:
O calor específico do ferro é aproximadamente
0,11cal/g.oC, isto significa que 1g de ferro
necessita de 0,11 cal para elevar sua temperatura
de 20oC para 21oC, ou seja, aumentar 1o C.
CALORIMETRIA:
Calor específico (cp)
Água
Equação fundamental
da calorimetria
ti
tf
quente
frio
m
m
Q
Fluxo de calor
Observações:
• Se tf > t i o corpo recebe calor, isto é, Q > 0.
• Se tf < t i o corpo cede calor, isto é, Q < 0.
•A capacidade térmica do corpo é: C = m.cp
Fases da matéria
Fases
Força de
atração
entre os
átomos
Sólida
Fortes
Pequena
Lí quida
Moderadas
Gasosa
fracas
Energia
devido às Temperatura
vibrações
Forma
Volume
Baixa
Definida
Definido
Moderada
Média
Variável
Definido
grande
Alta
Indefinida
Indefinido
Mudanças de fase
Endotérmicas
sublimação
fusão
vaporização
Líquido
Sólido
solidificação
Exotérmicas
Gasoso
condensação
sublimação
Endotérmicas – absorvem calor.
Exotérmicas – cedem calor.
Tipos de Vaporização
Evaporação: É um processo lento que se verifica apenas na
superfície do líquido, seja qual for sua temperatura.
Ex: Pote de barro, álcool na pele, etc.
Ebulição: É um processo tumultuoso que ocorre na temperatura de
ebulição e que se verifica em toda massa líquida. Depende da
pressão.
Ex: água fervendo.
Calefação: É um processo rápido que ocorre numa temperatura
superior a de ebulição.
Ex: jogar água numa chapa de fogão bem aquecida (acima de 100o C).
Calor sensível e calor latente
Sens ível: É o calor que quando fornecido a uma substância ou
cedido por ela, provoca apenas variação na sua temperatura.
Latente: É o calor que quando fornecido a uma substância ou cedido
por ela, provoca uma mudança no seu estado físico (mudança de
fase) sem que varie a sua temperatura.
Q = m.L
EXERCÍCIOS
1.Tem-se 300 g de um certo líquido à temperatura de
30°C. Fornecendo-se 600 cal diretamente a esse líquido,
sua temperatura sobe para 35°C. Sabe-se que esse
fenômeno é regido pela expressão Q = m.cp.(Tf-Ti).
Pede-se o valor do calor específico do líquido.
EXERCÍCIOS
2. (Unitau-SP) Um líquido está a -10°C. Se o calor
específico desse líquido é 0,5 cal/g.°C, uma fonte que
fornece 50 cal/min deverá aquecer 100 g desse líquido
até atingir 30°C em:
a) 10 min
b) 25 min
c) 40 min
d) 50 min
Calor sensível e calor latente
Figura 1: Há fornecimento de calor, poré m só ocorre mudança na
sua temperatura (calor sens ível).
Figura 2: Há fornecimento de calor, poré m só ocorre mudança no
estado físico, sem que haja variação na temperatura (calor latente).
Figura 3: Há fornecimento de calor, poré m só ocorre mudança na
sua temperatura (calor sens ível).
Figura 4: Há fornecimento de calor, poré m só ocorre mudança no
estado físico, sem que haja variação na temperatura (calor latente).
Curvas de aquecimento e
resfriamento
Vamos supor que tenhamos, num recipiente, certa massa de
gelo inicialmente a -20°C, sob pressão atm. Se levarmos esse
sistema ao fogo (figura abaixo), acompanhando como varia a
temperatura no decorrer do tempo, veremos que o processo
todo pode ser dividido em cinco etapas distintas:
Vaporização da água
líquida da 100°C
aquecimento do
vapor acima de
100°C (supondoo confinado a
um recipiente)
- aquecimento da água lí quida de 0°C a
100°C
- fusão do gelo a 0°C
- aquecimento do gelo de -20°C a 0°C
- resfriamento do vapor de 110°C a 100°C
- condensação do vapor a 100°C
- resfriamento da água
líquida de 100°C a 0°C
solidificação da água a 0°C
resfriamento do gelo abaixo de 0°C
EXERCÍCIOS
3. Sendo Ls = -80 cal/g o calor latente de solidificação da
água, calcule quantas calorias devem perder 600 g de
água líquida, a 20°C, até sua total solidificação. O
calor específico da água é 1 cal/g.°C.
EXERCÍCIOS
4. Quantas calorias são necessárias para transformar
100 g de gelo, a -20°C, em água a 60°C? O gelo se
funde a 0°C, tem calor específico 0,5 cal/g.°C e seu
calor latente de fusão é 80 cal/g. O calor específico da
água é 1 cal/g.°C. Construa a curva de aquecimento do
sistema.
5. Temos inicialmente 200 gramas de gelo a -10°C.
Determine a quantidade de calor que essa massa de
gelo deve receber para se transformar em 200 g de
água líquida a 20°C. Trace a curva de aquecimento do
processo. (Dados: calor específico do gelo = 0,5
cal/g°C; calor específico da água = 1 cal/g°C; calor
latente de fusão do gelo = 80 cal/g.)
Curva de aquecimento do processo:
Curva de aquecimento do processo:
TERMOLOGIA:
Temperatura
É a medida da agitação das moléculas de
um corpo. É uma descrição quantitativa
para verificar se um corpo é quente ou frio.
Corpo quente:
maior agitação
Corpo frio:
menor agitação
TERMOLOGIA:
Equilíbrio Térmico
TB
TA
A
temperatura
de
equilíbrio é menor que
TA e maior que TB.
T
T A > T > TB
TERMOLOGIA:
Escalas termométricas
Celsius(ºC)
100 ºC
Ponto de
ebulição da água
Ponto de
fusão do gelo
Zero
Absoluto
Kelvin(K)
373,15 K
Fahrenheit(o F) Rankine(R)
671,67 R
212 ºF
0ºC
273,15 K
32ºF
491,69 R
- 273,15ºC
0K
- 459,67ºF
0R
Relação entre as escalas
Celsius(o C)
100o C
Temperatura
qualquer
Dividindo-se o
denominador
por 20:
TC
0o C
Kelvin(K)
373,15 K
Fahrenheit(o F) Rankine(R)
212o F
671,67 R
TK
273,15 K
TF
32o F
TR
491,69 R
PROCESSOS DE
TRANSFERÊNCIA DE CALOR
Convecção
1. Convecção:
No processo de convecção
quando resfriamos uma parte
do fluido, ele diminui de
volume, torna-se mais denso e
desce.
Ao mesmo tempo, seu lugar vai
sendo ocupado pelas camadas
menos densas, ou seja, mais
quentes, que estão abaixo dela.
PROCESSOS DE
TRANSFERÊNCIA DE CALOR
Convecção
1.1. A lei de resfriamento de Newton
Considerando a transferência de calor que ocorre no contato de
um fluido em movimento e uma superfície de área A, quando os
dois se encontram a temperaturas diferentes, a equação que
descreve a taxa de transferência de calor convectiva é conhecida
como a lei do resfriamento de Newton e é dada por:
PROCESSOS DE
TRANSFERÊNCIA DE CALOR
Condução
2. Condução:
Na condução o processo de
transferência de energia se
dá através da vibração das
moléculas.
Essa vibração ocorre sem
deslocamento das mesmas.
Uma molécula transmite
vibração para outra, na
medida que são submetidas
à variação de temperatura.
O ferro é bom condutor: o calor se
propaga rapidamente da extremidade B a
extremidade A.
PROCESSOS DE
TRANSFERÊNCIA DE CALOR
Condução
2.1. Lei da Condução:
A quantidade de calor que atravessa
uma superfície pelo intervalo de
tempo depende da área da parede
A, da espessura e, da diferença de
temperatura T2-T1 e da natureza do
material que constitui a parede.
Para um dado material, a taxa de
transferência de calor é tanto maior
quanto maior a área A, quanto maior
a diferença de temperatura, e
quanto menor a espessura e.
O fluxo é diretamente proporcional
à área A e à diferença de
temperatura,
e
inversamente
proporcional à espessura e.
PROCESSOS DE
TRANSFERÊNCIA DE CALOR
Condução
Lei de Fourier da Condução:
PROCESSOS DE
TRANSFERÊNCIA DE CALOR
Irradiação
3. Irradiação:
A
irradiação
não
necessita de meio
material para propagar
o calor.
A radiação que aquece
os
objetos
é
a
infravermelha
ou
radiação térmica.
PROCESSOS DE
TRANSFERÊNCIA DE CALOR
Irradiação
3.1. Lei de Stefan-Boltzmann:
Onde:
•E – poder emissivo,W/m2;
•T – temperatura do corpo, K;
•e – emissividade do corpo.
(constante de proporcionalidade
de Stefan-Boltzmann)
Todos os objetos estão irradiando (emitindo) calor continuamente!