Calorimetria - SIMPLIFICADO

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Prof. Robson
AULA
	
	CALORIMETRIA
AULA :CALORIMETRIA
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Calor é energia térmica em trânsito entre corpos a diferentes temperaturas. 
Equilíbrio Térmico
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A
B
TA > TB
Calor
TA = TB
A
B
Calor
Equilíbrio Térmico
Calor 
corpos de maior para os de menor temperatura.
EQUILÍBRIO TÉRMICO
Todos os corpos, sempre que possível, tendem a ir espontaneamente para o mesmo estado térmico. 
Portanto:
“Dois ou mais sistemas físicos estão em equilíbrio térmico entre si quando suas temperaturas são iguais”
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AS UNIDADES DE MEDIDA DO CALOR
A unidade oficial de calor no Sistema Internacional de Unidades (SI) é o Joule (J).
No entanto, na resolução de problemas de troca de calor, dá-se preferência, por razões históricas, à unidade caloria (cal). 
1 cal = 4,18 J
Caloria é quantidade de calor que 1 grama de água pura deve receber, sob pressão normal, para que sua temperatura seja elevada de 14,5 °C para 15,5 °C.
A unidade múltipla quilocaloria (kcal) também é muito usada na medida de quantidade de calor. 
 1 kcal = 1 000 cal = 103 cal
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Quando  um  corpo   recebe   ou  cede calor, ocorre  uma  transformação: VARIAÇÃO DE TEMPERATURA  ou  MUDANÇA  DE ESTADO FÍSICO. No primeiro caso, dizemos que se trata de calor sensível e, no segundo, calor latente. 
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Calor sensível
Quantidade de energia térmica RECEBIDA ou CEDIDA por um corpo, para exclusivamente variar sua temperatura, SEM HAVER MUDANÇA DE ESTADO FÍSICO.
Calor específico
Indica a energia necessária para uma unidade de massa variar sua temperatura em uma unidade. Característica da substância
Unidade
(S.I) J/kg.K
(prática) cal/g°C
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Calor específico
1 cal
Temperatura aumenta 1°C
1 K = 1°C
1 cal
Temperatura reduz 1°C
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Material
c (cal/g.°C)
Ouro
0,031
Prata
0,056
Ferro
0,107
Aço
0,104
Cobre
0,092
Latão
0,092
Alumínio
0,216
Quantidade de Calor Sensível (Q)
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EXERCÍCIOS ESSENCIAIS
Qual a quantidade de calor sensível necessária para aquecer uma barra de ferro de 2kg de 20°C para 200°C? Dado: calor específico do ferro = 0,119cal/g°C. 
Dados do problema: m = 2kg = 2000g 
Ti = 200C 
Tf = 2000C 
cferro = 0,119 cal/g0C 
Q=2000.0,119(200-20) 
Q=2000.0,119.180
Q=42840 cal 
Um bloco de ferro com massa de 600g está a uma temperatura de 200C. O calor específico do ferro é igual a 0,119cal/g0C. Qual a quantidade de calor que o bloco deve ceder para que sua temperatura varie de 200C a –50C. 
Q=600.0,119(-5-20) 
Q=600.0,119. (-25) 
Q=-1785cal 
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EXERCÍCIOS ESSENCIAIS
A definição de calor é: 
a) a mesma de temperatura. 
b) energia transferida entre corpos devido à diferença de temperatura. 
c) energia armazenada em corpos quentes. 
d) energia armazenada em corpos frios. 
e) energia total de um corpo. 
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EXERCÍCIOS ESSENCIAIS
Calcule a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 200g de H2O de 20OC para 30OC. Use calor específico da água 1cal/gOC. 
Q=200.1(30-20) 
Q=200.1.10
Q=2000cal 
Princípio da Troca de calor
Para que o estudo de trocas de calor seja realizado com maior precisão, este é realizado dentro de um aparelho chamado calorímetro, que consiste em um recipiente fechado incapaz de trocar calor com o ambiente e com seu interior.
Dentro de um calorímetro, os corpos colocados trocam calor até atingir o equilíbrio térmico. 
Como os corpos não trocam calor com o calorímetro e nem com o meio em que se encontram, toda a energia térmica passa de um corpo ao outro.
Como, ao absorver calor Q>0 e ao transmitir calor Q<0, a soma de todas as energias térmicas é nula, ou seja: ΣQ=0
(lê-se que somatório de todas as quantidades de calor é igual a zero)
 
Sendo que as quantidades de calor podem ser tanto sensível como latente.
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EXERCÍCIOS ESSENCIAIS
(FATEC-SP) Um frasco contém 20 g de água a 0°C. Em seu interior é colocado um objeto de 50 g de alumínio a 80°C. Os calores específicos da água e do alumínio são respectivamente 1,0 cal/g°C e 0,10 cal/g°C.
Supondo não haver troca de calor com o frasco e com o meio ambiente, a temperatura de equilíbrio dessa mistura será:
a) 60°C
b) 16°C
c) 40°C
d) 32°C
e) 10°C
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EXERCÍCIOS ESSENCIAIS
Misturam-se 40L de água a 600C com 20L de água a 30oC. Calcule a temperatura final da mistura. 
1cal/gºC.
Q = m.c.Δθ 
40.000.1.(Tf - 60) + 20.000.1.(Tf - 30) =0
IQIágua1 + IQIágua2 = 0 
m1.c.Δθ + (m2.c.Δθ) = 0 
4.104.1.(Tf - 60) + 2.104.1.(Tf - 30) =0
4 (Tf - 60) + 2(Tf - 30) =0
4Tf - 240 + 2Tf – 60 = 0 
4Tf + 2Tf = + 60+240 
6Tf = 300 
Tf = 50ºC 
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Calor latente
Quantidade de energia térmica recebida ou cedida por um corpo, para exclusivamente mudar de estado físico.
Calor Latente
Indica a energia necessária para uma unidade de massa mudar de estado físico sem variar sua temperatura.
Unidade
(S.I) J/kg
(prática) cal/g
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Quantidade de calor latente
L > 0 – absorve calor durante a mudança 
L < 0 – cede calor durante a mudança
1g
80 cal
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CURVA DE AQUECIMENTO
http://www.lapeq.fe.usp.br/labdig/simulacoes/fase.php
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Qual a quantidade de calor necessária para que um litro de água vaporize? Dado: densidade da água=1g/cm³ e calor latente de vaporização da água=540cal/g. 
Dados do problema: V=1L d = 1g/cm³ L
v = 540 cal/g 
EXERCÍCIOS ESSENCIAIS
EXERCÍCIOS ESSENCIAIS
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Calcule a quantidade de calor necessária para transformar 100 g de gelo a - 10o C em água a 20o ?
Dados:calor específico do gelo = 0,5 cal / g oC 
 calor latente de fusão do gelo = 80 cal / g
 calor específico da água = 1 cal / g oC
Solução:
O gelo se encontra numa temperatura abaixo do ponto de fusão, neste caso será aquecido de - 10o C até o seu ponto de fusão (0o C): Q = m . c .  T
Q1 = m . c .  T
Q1 = 100 . 0,5 . (0 - (-10))
Q1 = 50 . (10 )
Q1 = 500 
Q1 = 500 cal 
1a parte:
EXERCÍCIOS ESSENCIAIS
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2a parte:
Chegando a 0 oC, o gelo agora se encontra na temperatura do ponto de fusão, neste caso sofrerá mudança de fase: Q = m . L
Q2 = m . L
Q2 = 100 . 80
Q2 = 8 000
Q2 = 8 000 cal
3a parte:
O gelo agora já se transformou em água e esta água será aquecida de 0o C até 20o C: Q = m . c .  T 
Q3 = m . c .  T
Q3 = 100 . 1 . (20 - 0)
Q3 = 100 . 20
Q3 = 2 000
Q3 = 2 000 cal 
EXERCÍCIOS ESSENCIAIS
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Cálculo final:
Devemos agora somar ...
Q1 = 500 cal 
Q2 = 8 000 cal
Q3 = 2 000 cal 
Resposta:
Q = 10 500 cal 
EXERCÍCIOS ESSENCIAIS
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Calcule a quantidade de calor necessária para transformar 200g de água líquida a 70ºC em vapor de água a 120ºC (sob pressão de 1atm). São dados:
c=calor específico da água líquida=1,0cal/g°C
c’=calor específico do vapor d’água=0,48cal/g°C
Lv=calor de vaporização da água=540cal/g
No diagrama a seguir, representamos as etapas do processo:
Q1 = m.c. ∆ϴ
Q2 = Lv.m
Q3 = m.c’. ∆ϴ’
=200.1,0.30=6 000cal
=200.540=108 000cal
=200.0,48.20=1 920cal
= 6 000cal+108 000cal+1 920cal=115 920cal
EXERCÍCIOS ESSENCIAIS
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Calcule a quantidade de calor necessária para que 200g de gelo a -20ºC sejam transformados em água líquida a 30ºC, são dados:
Calor de fusão do gelo: Lf=80cal/g
Calor específico do gelo: c=0,50cal/gºC
Calor específico da água líquida: c’= 1.0cal/gºC
 Na figura a seguir representamos as várias etapas do processo e as quantidades de calor necessárias em cada etapa:
Q1 = m.c. ∆ϴ1
Q2 = Lf.m
Q3 = m.c’. ∆ϴ3
 
= 2 000 + 16 000 + 6 000 = 24 000cal
= 200.0,5.20=2 000
= 80.200=16 000
= 200.1,0.30=6 000
Q = Q1 + Q2 + Q3
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O equivalente em água (E) de um corpo é a massa de água cuja capacidadetérmica é igual à do corpo.
Ferro: c: 0,11 cal/g.°C; m 500 g
C = 500 . 0,11 = 55 cal/°C = E 
55 g de H2O corresponde a capacidade térmica de 500 g de ferro
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POTÊNCIA DE UMA FONTE TÉRMICA
Calorimetria: é a parte da física que estuda as trocas de calor entre os sistemas e suas medidas.
As sensações de frio ou quente que sentimos em nosso dia-a-dia estão relacionadas às trocas de energia entre nosso corpo e o meio ambiente. A sensação de quente está relacionada ao ganho de energia, e a de frio a perda de energia pelo nosso corpo.