Download = = = F. cal AULA 05 TERMOMETRIA E CALORIMETRIA CALOR É ENERGIA TÉRMICA EM TRÂNSITO DE UM CORPO PARA OUTRO, DEV...
AULA 05 TERMOMETRIA E CALORIMETRIA 1- TEMPERATURA Todos os corpos são constituídos de partículas, a olho nu nos parece que essas partículas estão em repouso, porém as mesmas têm movimento. Quanto mais agitadas elas estiverem maior será a temperatura do corpo, portanto, definimos temperatura de um corpo como sendo a energia cinética média de suas partículas.
CALOR É ENERGIA TÉRMICA EM TRÂNSITO DE UM CORPO PARA OUTRO, DEVIDO A UMA DIFERENÇA DE TEMPERATURA. 4- CALOR SENSÍVEL E LATENTE
2- ESCALAS TERMOMÉTRICAS
C −0 F − 32 C F − 32 = ⇒ = 100 − 0 212 − 32 100 180 C F − 32 = 5 9 Esta equação transforma indicação de temperatura na escala Celsius em indicação de temperatura na escala Fahrenheit.
C −0 K − 273 C K − 273 = ⇒ = 100 − 0 373 − 273 100 100
Observe a figura e perceba que inicialmente temos gelo a –10 ºC e quando fornecemos uma quantidade de calor QS sua temperatura aumenta até 0 ºC sem derretimento do mesmo e quando fornecemos uma quantidade de calor QL há derretimento do gelo sem alterar a sua temperatura. Chamamos QS de calor sensível. Calor sensível é o responsável pelo aquecimento ou resfriamento das substâncias. Toda vez que houver uma variação de temperatura num corpo este ganha ou perde calor sensível. Chamamos QL de calor latente. Calor latente é o responsável apenas pela mudança de estado das substâncias. 5- CAPACIDADE TÉRMICA (C) A capacidade térmica de um corpo é a medida de sua inércia térmica, ou seja, representa a tendência que os corpos têm em manter sua temperatura, ou a resistência à mudança de temperatura.
C=
C = K − 273
3- CALOR Os corpos A e B da figura são colocados em contato e espontaneamente há passagem de energia térmica do corpo de maior temperatura (A) para o de menor temperatura (B), assim sendo, a temperatura do corpo A diminui e a temperatura do corpo B aumenta, até que as duas se igualem, neste momento dizemos que os corpos atingiram o equilíbrio térmico. A energia térmica transferida de A para B recebe durante a transferência o nome de calor. Portanto:
Q ∆θ
A capacidade térmica de um corpo representa a quantidade de calor necessária para variar a temperatura de um corpo de uma unidade. Unidade:
[C ] = cal ºC
6- CALOR ESPECÍFICO SENSÍVEL(c). O calor específico sensível de uma substância é a medida de sua inércia térmica, corresponde à capacidade térmica por unidade de massa dessa substância.
c=
C Q = m m ∆θ
Substâncias que têm valor baixo de calor específico são substâncias que são aquecidas ou resfriadas rapidamente, a areia é um bom exemplo. Substâncias que têm valor alto de calor específico não são aquecidas ou resfriadas rapidamente, a água é uma das substâncias que têm um dos maiores valores de calor específico. Unidade:
[c ] =
cal gº C
TABELA DE CALOR ESPECÍFICO Substância Calor específico Cal/gºC Acetona 0,52 Alumínio 0,22 Água 1,0 Chumbo 0,031 Cobre 0,092 Concreto 0,2 Ferro 0,11 Latão 0,092 Ouro 0,031 Prata 0,056 Vidro 0,2 7- QUANTIDADE DE CALOR SENSÍVEL Quantidade de calor necessária para aquecermos ou resfriarmos de ∆θ um corpo de massa m.
Q = m c ∆θ 8- MUDANÇAS DE ESTADO A maioria das substâncias pode existir em três estados de agregação: sólido, líquido e gasoso. Fusão: mudança do estado sólido para o líquido. Solidificação: mudança do estado líquido para o sólido. Vaporização: mudança do estado líquido para o gasoso. Condensação: mudança do estado gasoso para o líquido. Sublimação: mudança do estado sólido para o gasoso ou vice versa sem passar pelo estado líquido.
ºC, e numa panela de pressão a uma temperatura acima de 100 ºC. 9- QUANTIDADE DE CALOR LATENTE Quantidade de calor necessária para mudar de estado físico um corpo de massa m. Na mudança de estado físico de uma certa quantidade (m) de uma substância verifica-se que a razão entre a quantidade de calor (Q) e a massa (m) é uma constante, denominada calor latente (L).
Q = mL O calor latente (L) depende da substância e da mudança de estado. Tabela de Calor Latente (Pressão Normal) Substância Calor Latente Calor Latente de Fusão de vaporização cal/g cal/g Água 80 540 Alumínio 95 2500 Cobre 49 1200 Ferro 65 1600 Chumbo 6,8 200 Prata 24 560 10- SISTEMA TÉRMICO ISOLADO Quando dois ou mais corpos com temperaturas diferentes, são misturados, num recipiente isolado termicamente, chamados de calorímetros, há trocas de calor entre os corpos até ser atingido o equilíbrio térmico. Durante o processo temos:
∑Q
cedido
+ ∑ Qrecebido = 0
EXERCÍCIOS DE AULA A fusão e a vaporização são transformações endotérmicas, isto é, ocorrem com ganho de calor. A solidificação e a condensação são exotérmicas, ocorrem com perda de calor. A temperatura durante a mudança de estado não varia, para uma dada pressão, por exemplo, a água sob pressão normal ferve a 100ºC e se fornecermos mais energia para essa água a sua temperatura não aumentará, permanecendo sempre a 100 ºC. A temperatura de mudança de estado das substâncias depende da pressão. A água ferve ao nível do mar a 100
Assinale V para verdadeiro e F para falso as questões à seguir: QUESTÃO 01 1. Hoje, define-se temperatura como uma medida do grau de agitação térmica das moléculas do sistema.
2.
3. 4.
5.
Dois ou mais sistemas estão em equilíbrio térmico, quando apresentam temperaturas diferentes. Termômetro é um aparelho que permite medir diretamente a temperatura de um corpo. Função termométrica de um termômetro é expressão que relaciona os valores da grandeza termométrica com os valores da temperatura. As variações de temperatura nas escalas Celsius (∆tC) e Fahrenheit (∆tF) relacionam-se por
∆t C ∆t F = . 5 9
QUESTÃO 02 1. As variações de temperatura nas escalas Celsius e Kelvin são iguais. 2. O zero absoluto é o estado térmico em que todas as moléculas estão desprovidas de energia e, portanto, em repouso. 3.
4.
5.
A equação
TC TF − 32 = é uma relação 5 9
entre as temperaturas na escala Celsius e Fahrenheit. Calor é a energia que se transfere de um corpo para outro quando entre os corpos há uma diferença de temperatura. Dois corpos que estejam em equilíbrio térmico com um terceiro estão em equilíbrio térmico entre si.
QUESTÃO 03 1. A cor vermelha brilhante está sempre associada a altas temperaturas, como as lavas de um vulcão. De fato, a cor da lava, assim como a cor da chama de uma fogueira, está relacionada à temperatura da radiação correspondente. Dentro do espectro visível , as temperaturas mais altas da chama estão mais próxima do violeta do que do vermelho. 2. A cor de uma irradiação é uma das formas de medir a temperatura. 3. Uma pessoa com 104 ºF não está com febre. 4. De acordo com o gráfico a água ferve a 190 ºX.
5.
Um corpo A sofre uma variação de temperatura de 1 ºC e um outro corpo B de 1 ºF, logo a variação de temperatura do corpo B é maior que a variação de temperatura do corpo A.
QUESTÃO 04 1. As quantidades de calor que recebidas ou cedidas por corpos de mesmo material e mesma massa são diretamente proporcionais à variação de temperatura. 2. As quantidades de calor que recebidas ou cedidas por corpos de mesmo material em massas diferentes são inversamente proporcionais às massas para igual variação de temperatura. 3. Dois corpos diferentes à mesma temperatura inicial, recebendo iguais quantidades de calor, atingem temperaturas diferentes. 4. Uma caloria é a quantidade de calor necessária para elevar de 14,5 ºC à 15,5 ºC a temperatura de 1g de água no estado líquido. 5. Um sistema é termicamente isolado se as suas fronteiras forem adiabáticas, isto é, não permitirem a passagem de calor através delas. QUESTÃO 05 1. Um corpo pode receber calor sem alterar sua temperatura. 2. Para medir a temperatura de uma pessoa devemos manter o termômetro em contato com ela durante um certo tempo para que o termômetro entre em equilíbrio térmico com a pessoa. 3. Se um corpo recebe uma quantidade de calor ∆Q e sua temperatura de ∆t, a capacidade térmica desse corpo é dada por 4. 5.
C=
∆Q . ∆t
Corpos de um mesmo material e de massas iguais, têm capacidades térmicas diferentes. Capacidade térmica é uma característica do corpo e representa a inércia térmica do mesmo.
QUESTÃO 06 1. Calor específico sensível é característica de cada material e representa a inércia térmica desse material. 2. Durante o dia a temperatura no deserto é muito elevada e durante a noite sofre uma grande redução. Isto ocorre em virtude do pequeno calor específico da areia. 3. Quanto maior o calor específico de uma substância mais ela se aquece ao receber uma certa quantidade de calor. 4. A quantidade de calor que absorvida ou liberada por um corpo de massa m e calor específico c, quando sua temperatura varia de ∆t, pode ser calculada pela relação: Q = m.c.∆t.
QUESTÃO 07 1. Um bloco metálico está inicialmente a uma temperatura de 20ºC. Recebendo uma quantidade de calor de 330cal, sua temperatura se eleva à 50ºC, logo o valor de sua capacidade térmica é de 11cal/ºC, que significa que devemos fornecer ao bloco 11cal para cada 1ºC de elevação de sua temperatura. 2. A energia responsável em alterar a temperatura de um corpo é chamada de calor sensível. 3. A energia responsável em alterar o estado físico de uma substância é chamada de calor latente. 4. Ao nível do mar, se fornecermos energia térmica a um bloco de gelo a –10ºC, este imediatamente começa a derreter. 5. Quando o gelo se derrete, verifica-se que ele deve receber por grama, 80cal, mantendo-se à temperatura constante em 0ºC, essa quantidade (80cal/g) é denominada calor latente de fusão do gelo.
QUESTÃO 08 (FUVEST-SP) Quantas calorias são necessárias para aquecer 200 L de água, de 15°C a 60°C? Dados: densidade da água = 1 kg/L e calor específico da água = 1 cal/g°C. Qual a potência necessária para realizar essa operação em 3 horas? Considere 1 cal = 4,2 J.
QUESTÃO 10 (UFMG) O gráfico a seguir mostra como variam as temperaturas de dois corpos, A e B, cada um de massa igual a 100 g, em função da quantidade de calor absorvida por ele. Os calores específicos dos corpos A (c A ) e B (c B) são respectivamente:
a) cA = 0,10 cal/g°C e cB = 0,30 cal/g°C b) cA = 0,067 cal/g°C e cB = 0,20 cal/g°C c) cA = 0,20 cal/g°C e cB = 0,60 cal/g°C d) cA = 10 cal/g°C e cB = 30 cal/g°C e) cA = 5,0 cal/g°C e cB = 1,7 cal/g°C
a) 9.102 cal e 3,2kW b) 9.104 cal e 3,4kW c) 9.106 cal e 3,5kW d) 9.107 cal e 3,6kW e) 9.108 cal e 3,7kW QUESTÃO 11 QUESTÃO 09 (ITA) Num dia de calor, em que a temperatura ambiente era de 30°C, João pegou um copo com volume de 200 cm3 de refrigerante à temperatura ambiente e mergulhou nele dois cubos de gelo de massa 15 g cada um. Se o gelo estava à temperatura de - 4°C e derreteu-se por completo e supondo que o refrigerante tem o mesmo calor específico que a água, a temperatura final da bebida de João ficou sendo aproximadamente de: a) 16ºC b) 25ºC c) 0ºC d) 12ºC e) 20ºC
(MACK) Na presença de uma fonte térmica de potência constante, certa massa de água (c = 1 cal/g °C) sofreu um acréscimo de temperatura durante certo intervalo de tempo. Para que um líquido desconhecido, de massa 12,5 vezes maior que a da água, sofra o dobro do acréscimo de temperatura sofrido por ela, foi necessário o uso da mesma fonte durante um intervalo de tempo 6 vezes maior. Nessas condições, o calor específico do líquido, em cal/g °C, é: a) 0,24 b) 0,23 c) 0,22 d) 0,21 e) 0,20
QUESTÃO 12 (Cesgranrio) Num determinado equipamento industrial, um líquido de calor específico 0,50 cal/g °C, entra a 20 °C e sai a 80 °C. Se a vazão desse líquido no equipamento é de 50 kg/min, a potência térmica é, em kcal/min, de:
um bloco de madeira cuja massa, comparada à da bala, é praticamente infinita. Suponha que toda a energia cinética da bala foi transformada em energia calorífica e que esta energia foi utilizada exclusivamente para aquecer a bala. Nestas condições, pode-se concluir que a variação de temperatura sofrida pelo projétil foi, em ºC, aproximadamente:
a) 2,0 x 102 b) 4,0 x 102
Dados: Cpb = 0,031 cal/g °C; 1 cal = 4,18 J
c) 1,0 x 103 d) 1,5 x 103 e) 2,0 x 103
a) 251 b) 231 c) 221 d) 261 e) 241
QUESTÃO 13 (PUC) Uma barra de alumínio, inicialmente a 20 °C, tem, nessa temperatura, uma densidade linear de massa igual a 2,8 x 10-3 g/mm. A barra é aquecida sofrendo uma variação de comprimento de 3 mm. Sabe-se que o alumínio tem coeficiente de dilatação linear térmica igual a 2,4 x 10-5 °C-1 e seu calor específico é de 0,2 cal/g °C. A quantidade de calor absorvida pela barra é: a) 35 cal b) 70 cal c) 90 cal d) 140 cal e) 500 cal
QUESTÃO 14 (MACK) Sabendo que uma caixa de fósforo possui em média 40 palitos e que cada um destes palitos, após sua queima total, libera cerca de 85 cal, para podermos fundir totalmente um cubo de gelo de 40 g, inicialmente a -10 °C, sob pressão normal, simplesmente com a queima de palitos de fósforos, devemos utilizar um mínimo de: Dados: cgelo = 0,5 cal/g °C; Lf = 80 cal/g; cágua= 1,0 cal/g °C a) 34 caixas b) 8,5 caixas c) 3,4 caixas d) 2 caixas e) 1 caixa
QUESTÃO15 (Cesesp-SP) Um revólver dispara uma bala de chumbo de massa igual a 10 g e velocidade de 250 m/s contra
QUESTÃO 16 (F.C.Chagas_BA) Num calorímetro colocam-se 80,0 g de água a 50,0 °C, 20,0 g de água a 30,0 °C e um pedaço de cobre, à temperatura de 100,0 °C. O calor específico da água é constante e igual a 1,0 cal/g °C. O pedaço de cobre tem capacidade térmica igual a 2,0 cal/ °C. Desprezando-se as trocas de calor tanto entre o calorímetro e o exterior como entre o calorímetro e a mistura, qual será, aproximadamente, o valor da temperatura da mistura, em graus Celsius, quando esta estiver em equilíbrio térmico? a) 46,0 b) 47,1 c) 60,0 d) 70,0 e) 80,0
QUESTÃO17 (MACK) Quando um corpo recebe calor: a) sua temperatura necessariamente se eleva. b) Sua capacidade térmica diminui. c) O calor específico da substância que o constitui aumenta. d) Pode eventualmente mudar seu estado de agregação. e) Seu volume obrigatoriamente aumenta. QUESTÃO 18 (FEI) Para se determinar o calor específico do ferro, um aluno misturou em um calorímetro ideal 200 g de água a 18°C com 50 g de ferro a 100°C e obteve a temperatura
final da mistura = 20°C. Qual é o calor específico do ferro? a) 0,05 cal/g°C b) 0,08 cal/g°C c) 0,10 cal/g°C d) 0,25 cal/g°C e) 0,40 cal/g°C
QUESTÃO19
QUESTÃO 21 (FUVEST-SP) Colocam-se 50 g de gelo a 0o C em 100 g de água. Após certo tempo verifica-se que existem 30 g de gelo boiando na água e em equilíbrio térmico. Admitindo-se que não ocorreu troca de calor com o ambiente e que o calor de fusão do gelo é 80 cal/g. A temperatura final da mistura é: a) 0ºC b) 1ºC c) 2ºC
(MACK) O carvão, ao queimar, libera 6000 cal por grama. Queimando 70 g desse carvão, 20% do calor liberado é usado para aquecer de 15 °C, 8 kg de um líquido. Não havendo mudança do estado de agregação, podemos afirmar que o calor específico desse líquido é:
d) 3ºC e) 4ºC
a) 0,8 cal/g °C
e) 0,2 cal/g °C
(FUVEST-SP) Colocam-se 50 g de gelo a 0o C em 100 g de água. Após certo tempo verifica-se que existem 30 g de gelo boiando na água e em equilíbrio térmico. Admitindo-se que não ocorreu troca de calor com o ambiente e que o calor de fusão do gelo é 80 cal/g. A temperatura inicial da água é:
QUESTÃO 20
a) b)
14ºC 15ºC
c) d) e)
16ºC 17ºC 18ºC
b) 0,7 cal/g °C c) 0,6 cal/g °C d) 0,4 cal/g °C
(VUNESP) Um bloco de certa liga metálica, de massa 250 g, é transferido de uma vasilha, que contém água fervendo em condições normais de pressão, para um calorímetro contendo 400 g de água à temperatura de 10°C. Após certo tempo, a temperatura no calorímetro se estabiliza em 20°C. Supondo que toda a quantidade de calor cedida pela liga tenha sido absorvida pela água do calorímetro, pode-se dizer que a razão entre o calor específico da água e o calor específico da liga metálica é igual a: a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 e) 5
QUESTÃO22
GABARITO
1 2 3 4 5 VFVVV VVVVV VVFVF VFVVV VVVFV 6 7 8 9 10 VVVFV VVVFV C A A 11 12 13 14 15 A D B E E 16 17 18 19 20 B C C B E 21 22 A C