Aula 02

FÍSICA
2° ANO
ENSINO MÉDIO
PROF. NELSON BEZERRA
PROF. JEAN CAVALCANTE
CONTEÚDOS E HABILIDADES
Unidade I
Energia: Conservação e Transformação.
2
CONTEÚDOS E HABILIDADES
Aula 2.2
Conteúdos
•• Calorimetria: Capacidade térmica; calor específico
sensível e equação fundamental da calorimetria.
3
CONTEÚDOS E HABILIDADES
Habilidades
•• Entender e diferenciar conceitos básicos da calorimetria
confrontando-os com o senso comum e diferentes
culturas ao longo do tempo.
4
REVISÃO
Entendemos, na aula anterior
o calor como forma de
energia e quais as formas
com as quais o calor pode se
propagar através da condução,
convecção e da irradiação.
Iremos dar continuidade no
estudo da calorimetria com
seus conceitos básicos que
devem nortear nosso estudo
de agora em diante.
5
DESAFIO DO DIA
Qual propriedade dos materiais está relacionada com a
variação da temperatura em função do recebimento do
calor?
6
AULA
Capacidade térmica (C)
Quando um corpo recebe ou perde calor o nível de agitação
de suas moléculas se modifica, ou seja, sua temperatura
sofre alteração do valor.
A grandeza física relacionada com a mudança de
temperatura em função do calor recebido ou cedido pelo
corpo recebe o nome de capacidade térmica.
7
AULA
Pense na situação em que são colocados sobre a chama de
um fogão dois recipientes idênticos: Um contendo um litro
de água e outro contendo dois litros de água.
70 C
o
10 C
1 kg água
o
40 C
o
10 C
2 kg água
o
8
AULA
Ao receberem a mesma quantidade de calor (Q) da fonte
térmica o recipiente que contém 1 litro de água tem uma
maior variação de temperatura (T). Dizemos então que o
recipiente de 1 litro possui menor capacidade térmica (C)
que o recipiente que contém 2 litros.
9
AULA
Define-se capacidade térmica C, como a relação entre a
quantidade de calor recebida pelo corpo e a variação de
temperatura sofrida por ele.
ΔQ
C =
ΔT
10
AULA
Podemos ainda concluir que a capacidade térmica depende
da massa do corpo, pois o corpo que tem mais quantidade
de matéria, ao receber igual quantidade de calor, tem menor
variação de temperatura e, portanto, maior capacidade
térmica.
A capacidade térmica é uma característica de cada corpo
independentemente do material de que ele é constituído.
A unidade de medida da capacidade térmica no SI é o Joule/
Kelvin (J/K). Usualmente utilizamos a caloria/grau Celsius
0
(cal/ C).
11
AULA
Exemplo 1
Um corpo de massa 5 kg, inicialmente a uma temperatura
0
de 20 C, é aquecido por uma fonte de calor que fornece a ele
5000 cal. Ao final do aquecimento a temperatura do corpo é
0
de 120 C. Calcule a capacidade térmica desse corpo.
12
AULA
Dados:
ΔQ
5000
C=
C=
ΔT
100
Q = 5000 cal
o
T = 120 - 20 = 100 C
C=
o
50cal/ C
13
AULA
Calor específico sensível (c)
Lembrando do exemplo em que corpos feitos de mesmo
material e diferentes massas são aquecidos. Se os dois
tivessem a mesma massa ou quantidade teriam sofrido a
mesma variação de temperatura.
14
AULA
Mas se fossem corpos constituídos de materiais diferentes,
mesmo que ainda tivessem a mesma massa e que
recebessem a mesma quantidade de calor, teriam sofrido
variações de temperatura diferentes.
70 C
o
10 C
1 kg água
o
40 C
o
10 C
2 kg água
o
15
AULA
A propriedade dos materiais de variarem sua temperatura
de maneira diferente quando recebem calor, chama-se calor
específico sensível (c).
16
AULA
Podemos calcular o valor do calor específico a partir da
capacidade térmica:
ΔQ
c=
Δt . m onde
ΔQ
m é a massa do corpo, ou ainda C =
Δt . m
A unidade de medida no SI para o calor específico é Joule/
quilograma x Kelvin (J/kg.K). Sua unidade usual é caloria/
0
grama x grau Celsius (cal/g. C).
17
AULA
Apresentamos uma tabela com alguns valores do calor
específico para alguns materiais:
Substância
Água
Gelo
Cobre
Ferro
Aço
Alumínio
Queijo
Carne de Porco
1,00
0,50
0,09
0,11
0,12
0,22
0,70
0,50
Calor Específico
18
AULA
Carne de Galinha
Carne de Vaca
Peixe
Presunto
0,80
0,77
0,84
0,70
19
AULA
Exemplo 2
Uma fonte de calor fornece a um corpo de massa 200
gramas, 500 calorias. Sabendo que após o processo de
0
aquecimento o corpo aumenta sua temperatura de 25 C
0
para 75 C, determine o calor específico do corpo.
Dados:
ΔQ
500
c=
c=
Δt . m
50 . 200
m = 200 g
Q = 500 cal
o
T = 75 - 25 = 50 C
c=
o
0,05cal/g C
20
AULA
A equação fundamental da calorimetria
A partir da expressão do calor sensível, isolando a
quantidade de calor obtemos uma expressão conhecida
como equação fundamental da calorimetria por conter as
principais grandezas relacionadas ao conteúdo:
21
AULA
∆Q = m . c . ∆T
Q é a quantidade de calor;
m é a massa do corpo;
c é o calor específico sensível do material que constitui o
corpo;
T é a variação da temperatura sofrida pelo corpo.
22
AULA
Exemplo 3
Qual a quantidade de calor necessária para aquecer uma
barra de aço com 500 g de massa, desde a temperatura de
0
0
30 C até 230 C. (dado: calor específico sensível do aço =
0
0,12 cal/g. C).
23
AULA
Dados:
∆Q = m . c . ∆T
24
AULA
Dados:
∆Q = m . c . ∆T <-> ∆Q = 500 . 0,12 . 200
25
AULA
Dados:
∆Q = m . c . ∆T <-> ∆Q = 500 . 0,12 . 200
∆Q = 60 . 200
26
AULA
Dados:
∆Q = m . c . ∆T <-> ∆Q = 500 . 0,12 . 200
∆Q = 60 . 200 <-> ∆Q = 12000cal
27
AULA
Dados:
∆Q = m . c . ∆T <-> ∆Q = 500 . 0,12 . 200
∆Q = 60 . 200 <-> ∆Q = 12000cal
∆Q = ?
28
AULA
Dados:
∆Q = m . c . ∆T <-> ∆Q = 500 . 0,12 . 200
∆Q = 60 . 200 <-> ∆Q = 12000cal
∆Q = ?
m = 500 g
29
AULA
Dados:
∆Q = m . c . ∆T <-> ∆Q = 500 . 0,12 . 200
∆Q = 60 . 200 <-> ∆Q = 12000cal
∆Q = ?
m = 500 g
c = 0,12 cal/g. C
0
30
AULA
Dados:
∆Q = m . c . ∆T <-> ∆Q = 500 . 0,12 . 200
∆Q = 60 . 200 <-> ∆Q = 12000cal
∆Q = ?
m = 500 g
c = 0,12 cal/g. C
0
∆T = 230 - 30 = 200 C.
0
31
DINÂMICA LOCAL INTERATIVA
1. (UF - Paraná) Para aquecer 500 g de certa substância
de 20 ºC para 70 ºC, foram necessárias 4 000 calorias.
A capacidade térmica e o calor específico valem
respectivamente:
a) 8 cal/ ºC e 0,08 cal/g .ºC
b) 80 cal/ ºC e 0,16 cal/g. ºC
c) 90 cal/ ºC e 0,09 cal/g. ºC
d) 95 cal/ ºC e 0,15 cal/g. ºC
e) 120 cal/ ºC e 0,12 cal/g. ºC
32
DINÂMICA LOCAL INTERATIVA
2. Determine a quantidade de calor necessária para aquecer
0
300 g de água que, inicialmente se encontrava a 10 C,
0
até atingir a temperatura final de 70 C. (dado: calor
0
específico sensível da água = 1,00 cal/g. C).
70 C
o
10 C
300g água
o
33
RESUMO DO DIA
A Energia Térmica: de um corpo é o somatório das energias
de agitação de suas partículas e depende da temperatura do
corpo e do número de partículas nele existentes.
34
RESUMO DO DIA
Exemplo:
A barra de chocolate foi dividida em duas partes, Apesar
de ambas estarem na mesma temperatura, a parte
maior possui mais energia térmica que a menor, por ser
constituída de um número maior de partículas.
35
RESUMO DO DIA
Calor
É a energia térmica em trânsito de um corpo para outro ou
de uma parte para outra de um mesmo corpo, trânsito esse
provocado por uma diferença de temperaturas.
36
RESUMO DO DIA
Exemplo:
Observe que Calor flui, espontaneamente, da região de
maior temperatura para a de menor temperatura.
37
RESUMO DO DIA
Na situação representada acima, o calor propaga-se
da exterminada esquerda da barra, em contato com o
fogo, para a extremidade direita. Note que o Calor flui
naturalmente da região de maior temperatura para a de
menor temperatura.
38
RESUMO DO DIA
Capacidade térmica
A grandeza física relacionada com a mudança de
temperatura em função do calor recebido ou cedido pelo
corpo recebe o nome de capacidade térmica.
70 C
o
10 C
1 kg água
o
40 C
o
10 C
2 kg água
o
39
RESUMO DO DIA
A propriedade dos materiais de variarem sua temperatura
de maneira diferente quando recebem calor, chama-se calor
específico sensível (c).
Substância
Água
Gelo
Cobre
Ferro
Aço
Alumínio
Queijo
Carne de Porco
1,00
0,50
0,09
0,11
0,12
0,22
0,70
0,50
Calor Específico
40
RESUMO DO DIA
Carne de Galinha
Carne de Vaca
Peixe
Presunto
0,80
0,77
0,84
0,70
41
RESUMO DO DIA
Equação fundamental da calorimetria:
∆Q = m . c . ∆T
Q é a quantidade de calor;
m é a massa do corpo;
c é o calor específico sensível do material que constitui o
corpo;
T é a variação da temperatura sofrida pelo corpo.
42
INTERATIVIDADE FINAL
Usando seus conhecimentos de transmissão de calor,
analise as proposições e indique a que você acha correta.
a) A condução térmica é a propagação do calor de uma
região para outra com deslocamento do material
aquecido;
b) A convecção térmica é a propagação de calor que pode
ocorrer em qualquer meio, até mesmo no vácuo;
c) A radiação térmica é a propagação de energia por meio
de ondas eletromagnéticas e ocorre exclusivamente nos
fluidos;
43
INTERATIVIDADE FINAL
d) A transmissão do calor, qualquer que seja o processo,
sempre ocorre naturalmente, de um ambiente de maior
temperatura para outro de menor temperatura;
e) As correntes ascendentes e descendentes na convecção
térmica de um fluido são motivadas pela igualdade de
suas densidades.
Resolução: Letra “ d “
44
INTERATIVIDADE FINAL
Quais as principais diferenças entre as grandezas
capacidade térmica e calor específico sensível estudadas
na aula de hoje?
45