1. Calorimetria Professor: Adrianne Mendonça
3. Energia Térmica: Quando é analisado microscopicamente um corpo nos estados sólido, líquido e gasoso, nota-se que: No estado sólido, as partículas que constituem o corpo possuem uma grande vibração em torno de sua posição; No estado líquido, as partículas, além de vibrarem, apresentam movimento de translação no interior do líquido; No estado gasoso, as partículas, além de vibrarem intensamente, também transladam com grande velocidade no interior da massa gasosa.
4. Energia Térmica: Conclui-se, assim, que: As partículas que constitui os corpos possuem energia de agitação. Esta energia de agitação das partículas do corpo é chamada de energia térmica.
5. Calor: Calor é uma forma de energia em trânsito que passa, de maneira espontânea, do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura. Exemplo: Em um tanque com água a temperatura de 25ºC, foi introduzido uma bloco de aço a 130ºC. Minutos depois, notou-se que o bloco foi se esfriando e a água se aquecendo até ocorrer um equilíbrio térmico.Obs.: O que aconteceu com a água para elevar sua temperatura? E quem forneceu energia?
6. Formas de Calor: Quando um corpo recebe energia, esta pode produzir variação de temperatura ou mudança de estado. Quando o efeito produzido é a variação de temperatura, dizemos que o corpo recebeu calor sensível. Se o efeito se traduz pela mudança de fase, o calor recebido pelo corpo é dito calor latente.
7. A caloria: Define-se Caloria como sendo a quantidade de calor necessária para que um grama de água pura, sob pressão normal, tenha sua temperatura elevada de 14,5ºC para 15,5ºC. A unidade de calor, no SI, é o Joule (J); Ainda se usa bastante a caloria (cal). 1cal = 4,186 J
8. Capacidade térmica:Define-se Capacidade térmica como sendo a razão entre aquantidade de calor (Q), que um corpo recebe, e a variação detemperatura ocorrida (Δθ ). A unidade de capacidade Q C= térmica, no SI, é o Joule/Kelvin ∆t (J/K); Também é encontrado cal /º C
9. Capacidade térmica:Exercício: Sabendo que dois corpos, A e B, receberam uma quantidade de calor igual a 500 cal, e que as temperaturas se elevaram 50°C e 100°C respectivamente, qual a capacidade térmica dos corpos em Joule/Kelvin e cal /º C?
10. C c=Calor específico: m As quantidades de calor cedidas a massas iguais da mesma substância ou delas retiradas são diretamente proporcionais às variações de temperatura. As quantidades de calor cedidas a massas diferentes de uma mesma substância, ou delas retiradas, a fim de produzir variações de temperaturas iguais, são diretamente proporcionais às massas. O calor específico de uma substância representa a quantidade de calor necessária para que 1 grama da substância eleve a sua temperatura em 1ºC.
11. Equação fundamental da calorimetriaA capacidade térmica e o calor específicoforam definidos respectivamente como: Q C C= c= ∆t mIsolando c na segunda equação e substituindona primeira, obtemos: Q = m . c . ∆t
12. UNIDADES DE MEDIDAS Unidades usuais Unidades do SIQ............cal...........................Joule (J)m.......grama (g)................quilograma (kg)t.......Celsius (oC)………..…..Kelvin (K)c..........cal/g.oC………….…….J/kg.K
13. Trocas de calorQuando dois ou mais corpos, que estão em temperaturas diferentes,são colocados em contato, ocorrem espontaneamente trocas de calorentre eles, que cessam ao ser atingido o equilíbrio térmico.Para que não haja influência do meio externo nas trocas de calor, énecessário colocá-los em um recipiente isolante térmico chamadocalorímetro.
14. Trocas de calorAtravés do balanço energético, conclui se que, em módulo, asomatória dos calores cedidos é igual à somatória dos caloresrecebidos. Se os sinais são levados em conta, tem-se:Q1 + Q2 + Q3 + ... + Qn = 0
15. Calor latenteO calor latente, de uma mudança de estado, é a quantidade de calorque a substância recebe ou cede, por unidade de massa, durante atransformação, mantendo-se constante a temperatura, desde que apressão não se altere. Matematicamente, podemosexpressá-lo por: Q L= → Q = mL mSendo: – Q = quantidade total de calor latente trocada no processo – m = massa do corpo – L = calor latente de mudança.
16. Mudança de faseQuando alteramos as condições físicas de pressão e temperatura,podemos alterar o estado de agregação da matéria. Por ora,trataremos da mudança de fase sob pressão constante, variandosomente a temperatura. Processos de mudança:– Fusão: passagem de sólido para líquido;– Solidificação: passagem de líquido para sólido;– Vaporização: passagem de líquido para vapor;– Condensação: passagem de vapor para líquido;– Sublimação: passagem de sólido para vapor ou vapor para sólido, processo também conhecido como cristalização.
17. Curvas de aquecimento ouresfriamentoEste gráfico será chamado de curva de aquecimento, se o corpoestiver recebendo energia térmica, ou curva de resfriamento, se ocorpo estiver cedendo energia térmica.
18. Leis gerais de mudança– Se a pressão for mantida constante, durante a mudança de fase, a temperatura se mantém constante.– Para uma dada pressão, cada substância tem a sua temperatura de mudança de fase perfeitamente definida.– Variando a pressão, as temperaturas de mudança de fase também variam.
19. Influência da pressão na mudançade fase
20. Curva de fusão
21. Curva de fusão-qualquer ponto situado à esquerda da curva de fusão representa as condições de pressão e temperatura para as quais a substância se apresenta na fase sólida.
22. Curva de Vaporização
23. Vaporização Num líquido, as moléculas com maior energia cinética à superfície escapam-se da superfície do líquido formando a fase gasosa. Algumas moléculas mais lentas da fase gasosa e nas proximidades da fase líquida, têm um trajecto oposto, passam à fase líquida. Num vaso fechado onde se tenha efectuado o vazio, a vaporização do líquido vai tendo lugar até que a certa altura, quando a pressão no interior do vaso atinge um valor máximo, as moléculas regressam à fase líquida de tal modo que a velocidade de retorno das moléculas ao líquido é igual à velocidade da sua vaporização. Quer dizer é estabelecido um equilíbrio dinâmico entre o líquido e o seu vapor em que a vaporização e a condensação ocorrem à mesma velocidade.
24. Temperatura Crítica
25. Temperatura crítica É a temperatura acima da qual a substância pode existir somente na forma de gás. Um gás, acima dessa temperatura, não pode ser liquefeito, por mais que a pressão do sistema seja elevada. Temperatura crítica pode ser definida como aquela tempetatura em que acima dela a substância pode existir somente na forma de gás. Acima desta temperatura a substância gasosa não pode ser condensada por compressão isotérmica (mantendo a temperatura igual e aumentando a pressão). A temperatura crítica da água é 374,15°C , do álcool etílico é 243,1°C, do ácido carbônico 31,1°C e do hélio é -267,9°C. Isso quer dizer que essas substâncias, em sua respectiva temperatura crítica, será somente gás, mesmo que a injeção de pressão (ou devida redução, em outras substâncias) não irá condensar ou liquefazer o gás. Tomemos como exemplo a própria água: ao nível do mar, com 1 atm de pressão (pressão atmosférica), à 90 ºC, será líquida. A partir de 100 ºC ela passa para o estado de vapor. Se a temperatura for mantida em 100 ºC mas a pressão se elevar, a água irá se liquefazer. Se nessa nova pressão (maior que 1 atm), a água for aquecida até seu "novo" ponto de ebulição, irá ebulir. Novamente, se devida pressão for adicionada a água irá se liquefazer. No entanto, quando a temperatura da água chegar em 374,15 ºC, não poder- se-á liquefazê-la, não importa que pressão for aplicada.
26. Curva de sublimação- qualquer ponto situado abaixo da curva de ebulição e à direita da curva de sublimação representa as condições de pressãoe temperatura para as quais a substância se apresenta na fase gasosa. Pelo exposto, podemos notar que as curvas indicam a fase em que uma determinada substância se encontra.
27. Curva de sublimação
28. EXERCÍCIOS . Ao receber 3000 cal, um corpo de 150 g aumenta sua temperatura em 20 °C, sem mudar de fase. Qual o calor específico do material desse corpo? Resolução: Q = m . c . variação da temperatura 3000 = 150 . c . 20 c = 1 cal/g . °C Obs: Pelo fato de o calor específico ter dado 1cal/g . °C, podemos concluir q essa substância é a água.
29. EXERCÍCIOS 2. Quantas calorias são necessárias para se aquecer 200 l de água, de 15 °C a 70 °C? Resolução: Q = m . c . variação da temperatura Q = 200000 . 1 . (70 – 15) Q = 11000000 cal
30. EXERCÍCIOS 3. Determine: a) o calor específico do material b) a capacidade térmica da substância Resolução/ São dados do exercício: m = 1kg = 1000 g Q = + 400 cal t0 = 10 0C tf = 60 0C.
31.  a) – A variação de temperatura da substância é dada por: ∆t = tf – t0 ∆t = 60 – 10 ∆t = 50 0C - Pela equação da quantidade de calor obtemos o calor específico da substância: Q = m.c.∆t 400 = 1000 . c . 50 400 = 50 000 . c 400 / 50 000 = c c = 0,008 (cal / g . 0C )
32.  b) – A capacidade térmica é obtida pela equação C = m.c, logo: C = m.c C = 1000 . 0,008 C = 8 cal/0C Respostas : a) c = 0,008 (cal / g . 0C ) b) C = 8 cal/0C