Calorimetria.
Calor é energia em trânsito, partindo de um corpo com temperatura maior para outro corpo com temperatura menor. Quanto atingir o equilíbrio térmico o calor cessa. A unidade de calor mais usada é a caloria(cal), que está relacionada com joule(J) por 1cal=4,18J.
Vamos estudar na próxima aula o Trabalho termodinâmico e as leis da termodinâmica e entropia. Iniciaremos a aula de hoje fazendo uma revisão da aula anterior.
A capacidade térmica, C, não significa que o corpo absorve uma quantidade de calor. C é a variação de energia térmica de um corpo para aumentar a temperatura em um grau do corpo.
C=∆Q/∆T
∆Q⇾Variação de calor sensível ocorre a volume constante ou a pressão constante, sob uma variação da temperatura ∆T.
∆T⇾variação de temperatura, isto é, ∆T= temperatura final subtraída da temperatura inicial.
Comparando ambos conceitos. É errado dizer que você está com muito calor se a temperatura está alta.
O calor específico, c, é a capacidade térmica por unidade de massa m, ou seja, c=C/m. Unidade: cal/goC
Portanto, o calor sensível torna-se:Portanto, o calor sensível está relacionado com a variação de temperatura através da equação fundamental da calorimetria:
ΔQ=mcΔT,
Com m sendo a massa da substância, c é o calor específico e ΔT é a variação de temperatura.
O calor Latente L é aquele necessário para uma certa substância sofrer uma mudança de fase, por exemplo, quando a água atinge os 100 graus celsius ela passa do estado líquido para o estado de vapor, sem mudar a sua temperatura.
ΔQ=mL.
Unidade: cal/oC(cal por grau celsius)
A equação de estado dos gases ideais,
A lei dos gases ideais define a equação de estado, que é governada pela seguinte equação:
PV=NKT
Com P-pressão, N-número de partículas, K a constante de Boltzmann. e T a temperatura.
O número de moles n é definido por
n=N/N_A
Com N_A=número de Avogrado
N_A=6,022x1023
A constante de Boltzmann em termos da constante universal dos gases R
R=N_AK ⇔ K=R/N_A
Portanto,
PV=NKT=nN_AKT=nRT ⇔
PV=nRT.
Leia mais.
Esta é uma equação em termos das condições do gás ideal, pressão, temperatura e volume. No modelo de um gás ideal, as moléculas não interagem entre si e não interagem com as paredes do recipiente. Elas sofrem choquem elásticos, ou seja, as suas energias cinéticas se conservam.
Veja uma expressão para a energia cinética média das N moléculas de um gás, em termos de sua temperatura,
E_c=3NKT/2,
o que está de acordo com a definição da temperatura, que a energia cinética depende somente da temperatura e vice-versa.
CNTP
Vimos que as condições Normais de temperatura (T_k=273K) e pressão(P=1atm) (CNTP) o volume é de V=22,41 litros.
Resumo das escalas Termométricas
Calor Latente e calor sensível
Vamos considerar um exemplo em que o sistema termodinâmico recebe o calor latente de fusão(mudança de estado sólido para liquido) e o calor latente de vaporização(mudança de estado liquido para vapor). Os valores de calor latente de fusão e do calor latente de vaporização são diferentes para uma mesma substância.
A calor latente de vaporização(Entalpia) da água é a quantidade de calor necessária, a temperatura constante, para alterar um grama de uma substância do estado líquido para o Estado de vapor.
O calor latente de condensação da água é a quantidade de calor necessária, para ela passar do estado e vapor para o Estado líquido.
Calor latente de vaporização da água
L_v=540cal/g.
Calor latente de condensação da água
L_c=-540 cal/g.
Calor latente de fusão do gelo
L_f=80cal/g.
A relação entre da unidade calor no sistema de unidade internacional de medida, 1cal =4,18 J.
Exemplo. Quanto calor é necessário para transformar 1,5kg de gelo, a temperatura de -20oC (graus celsius) e pressão de 1atm para vapor? Com o calor latente de vaporização L_V=2257KJ/kg.
Solução.
Devemos ceder uma quantidade de energia térmica, calor sensível, Q_1=mc∆T, para elevar a temperatura a zero graus celsius, em seguida ocorre uma mudança de fase do estado sólido em líquido, a energia térmica é cedida, em forma de calor latente de fusão, Q_2=mL_f.
Continuando a ceder energia térmica, em forma de calor sensível, Q_3=mc∆T, até a temperatura chegar a 100 oC(temperatura constante na vaporização). Por último, ocorre a mudança de fase do estado líquido para o estado de vapor, Q_4=mL_v.
Dados:
Massa m=1,5kg
Calor específico do gelo, c_gelo=2,05kJ/kg.K
Q_1=mc∆T=1,5kgx2,05kJ/kgx20K=61,5kJ=0,0615MJ
L_f=333,5KJ/kg
Q_2=mL_f=1,5kgx333,5kJ/kg=500KJ=0,500MJ
∆T=(100-0)K=100K
Calor específico da água, c_água=1cal/goC=4,18kJ/kg.K, lembre-se 1g=kg/1000.
Q_3=mc∆T=1,5kgx4,18(kJ/kgK)x100K=627kJ=0,627MJ
L_V=2257kJ/kg=2257x1000 J/kg=2,257MJ/kg=2,26MJ/kg.
Então,
Q_4=mL_v=1,5kgx2,26MJ/kg=3,39MJ
A resposta desta questão será a soma das 4 parcelas de energia térmica, ou seja:
Q=Q_1+Q_2+Q_3+Q_4= 4,6 MJ.
Note que, usamos a relação 1M=1000k.
Questões do ENEM
ENEM 2010. Questão 46 - caderno amarelo da prova de Ciências da Natureza e suas Tecnologias de 2010.
Em nosso cotidiano, utilizamos as palavras “calor” e “temperatura” de forma diferente de como elas são usadas no meio científico. Na linguagem corrente, calor é identificado como “algo quente” e temperatura mede a “quantidade de calor de um corpo”. Esses significados, no entanto, não conseguem explicar diversas situações que podem ser verificadas na prática.
Do ponto de vista científico, que situação prática mostra a limitação dos conceitos corriqueiros de calor e temperatura?
a) A temperatura da água pode ficar constante durante o tempo que estiver fervendo.
b) Uma mãe coloca a mão na água da banheira do bebê para verificar a temperatura da água.
c) A chama de um fogão pode ser usada para aumentar a temperatura da água em uma panela.
d) A água quente que está em uma caneca é passada para outra caneca a fim de diminuir sua temperatura;
ENEM 2013. Em um experimento foram utilizadas duas garrafas PET, uma pintada de branco e a outra de preto, acopladas cada uma a um termômetro. No ponto médio da distância entre as garrafas, foi mantida acesa, durante alguns minutos, uma lâmpada incandescente. Em seguida a lâmpada foi desligada. Durante o experimento, foram monitoradas as temperaturas das garrafas:
a) enquanto a lâmpada permaneceu acesa e
b) após a lâmpada ser desligada e atingirem equilíbrio térmico com o ambiente. Termômetro
A taxa de variação da temperatura da garrafa preta, em comparação à da branca, durante todo experimento, foi
a) igual no aquecimento e igual no resfriamento.
b) maior no aquecimento e igual no resfriamento.
c) menor no aquecimento e igual no resfriamento.
d) maior no aquecimento e menor no resfriamento.
e) maior no aquecimento e maior no resfriamento.
Repostas das questões do ENEM final desta postagem.
Trabalho em Mecânica Clássica
O trabalho mecânico foi visto na última aula. Aqui iremos fazer apenas uma aplicação.
Qual a relação entre as unidades de energia Joule e erg?
Trabalho de uma força constante: 𝛕=Fd.
Unidade de trabalho no SI: J.
1J=1Nx1m=105 dyne(dina) x 102cm= 107erg,
ou seja,
1J = 107erg.
Portanto, quando a força for dada em dyne e a distância em cm, a unidade de trabalho é erg.
Considere um bloco de madeira sendo puxado por uma força de intensidade de 35N, sob uma força de atrito de 15N. Qual o trabalho realizado pela força resultante?
Como a força resultante está na direção do deslocamento, o trabalho será simplesmente o produto da força resultante(FR) pela distância percorrida d, ou seja,
𝛕=FRd.
Dados:
F=35N
e Força de atrito é Fat=15N
⇔FR=F-Fat=(35-15)N=20N.
Distância d=6000cm⇔d=60m.
Portanto, o trabalho da força resultante torna-se:
𝛕=FRd=20x60J=1200J.
Repostas das questões do ENEM final desta postagem. ENEM 2010. Letra A. ENEM 2013. Resposta E.
Q 44) Um cubo de gelo de 10 g a − 10 o^C e colocado num lago que est á a 15 o^C. Calcule a variação de entropia do sistema quando o cubo de gelo atingir o equilíbrio térmico com o lago. O calor específico do gelo é 0,50 cal/g.o^C.
. ( Sugestão: O cubo de gelo afetará a temperatura do lago?)
Blog rafaelrag
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