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Calorimetria

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Calorimetria

  1. 1. CALORIMETRIA www.fisicaatual.com.br
  2. 2. TEMPERATURA Todo corpo que esteja a uma temperatura cima do zero absoluto é constituído de partículas que estão em movimento: A temperatura de um corpo reflete a rapidez com se movem ou vibram as partículas em um gás, em um líquido ou em um sólido www.fisicaatual.com.br
  3. 3. Em um vaso de água: Todas as partículas que a compõem estão em contínuo movimento. As moléculas no vaso de água a 50 0 C apresentam energia cinética média maior que as moléculas no vaso de água a 25 0 C. www.fisicaatual.com.br
  4. 4. Temperatura mede a energia cinética das partículas que compõem o sistema e não depende do número de partículas que o constituem www.fisicaatual.com.br
  5. 5. ENERGIA INTERNA (U) A energia interna (microscópica) de um sistema tem duas componentes: <ul><li>A energia cinética (de vibração, rotação e/ou translação) das partículas do sistema, cujo valor médio está relacionado com a temperatura do sistema; </li></ul><ul><li>A energia potencial, que está associada com as interações entre as partículas e com as ligações existentes. </li></ul><ul><li>A energia interna de um sistema é o somatório das energias cinéticas e energias potenciais de todas as partículas que o constituem, dependendo, por isso: </li></ul><ul><li>da temperatura que o sistema se encontra; </li></ul><ul><li>da massa do sistema. </li></ul>Energia cinética microscópica Energia potencial , associada às ligações entre as moléculas e entre os átomos. www.fisicaatual.com.br
  6. 6. 400 000 Joules aumenta de 1 0 C a temperatura do café contido em 1000 canecas. <ul><li>Vamos elevar a temperatura de uma caneca de café da temperatura ambiente para 100 0 C. </li></ul><ul><li>Depois vamos aumentar a temperatura de 1000 canecas de café da temperatura ambiente para 100 0 C. </li></ul><ul><li>No final a temperatura será a mesma, mas a quantidade de energia necessária é muito diferente. </li></ul><ul><li>1000 canecas de café a uma temperatura de 100 0 C apresentam muito mais energia que 1 caneca de café a 100 0 C. . </li></ul><ul><li>Dois corpos podem apresentar a mesma temperatura e possuírem energias internas diferentes </li></ul>www.fisicaatual.com.br 400 Joules aumenta de 1 0 C a temperatura do café contido em uma caneca.
  7. 7. A transferência de energia cessa quando os dois corpos ficam à mesma temperatura Nesta situação os dois corpos encontram-se em Equilíbrio Térmico HAVERÁ TRANSFERÊNCIA DE ENERGIA: CALOR www.fisicaatual.com.br
  8. 8. T 1 > T 2 Energia que flui corpo de maior temperatura para o corpo de menor temperatura = calor Equilíbrio térmico Calor é a forma macroscópica na qual a energia passa de um sistema físico para outro devido unicamente a uma diferença de temperatura. <ul><ul><li>Calor é a energia térmica em trânsito, entre dois corpos ou sistemas, decorrente apenas da existência de uma diferença de temperatura entre eles. </li></ul></ul>www.fisicaatual.com.br T 1 T 2 T 1 T 2 T 3 T 3
  9. 9. LEI ZERO DA TERMODINÂMICA Se dois corpos, A e C estiverem, separadamente em equilíbrio térmico com um terceiro corpo, B, então estarão em equilíbrio térmico entre si. www.fisicaatual.com.br
  10. 10. O EQUIVALENTE MECÂNICO DO CALOR No princípio do século XIX, um físico inglês, chamado James Prescott Joule, estabeleceu a relação precisa entre calor e energia mecânica. Joule utilizou uma roda com paletas ( que estavam dentro de um cilindro com água), conectadas a um conjunto de polias, com pesos nas suas extremidades. Quando os pesos caem, as paletas giram. O giro das paletas faz com que a temperatura da água aumente. Com essa experiência Joule determinou que o equivalente mecânico do calor é: 1 cal = 4,186 J 1 caloria é a quantidade de energia que se deve fornecer a 1 grama de água para elevar sua temperatura de 14,5 0 C para 15,5 0 C. www.fisicaatual.com.br
  11. 11. PROPAGAÇÃO DO CALOR CONDUÇÃO : transferência de energia de uma porção de matéria à matéria adjacente por contato direto, sem troca, mistura ou fluxo de qualquer material. CONVECÇÃO : transferência de energia mediante a mistura de diferentes partes do material: se produz misturando e trocando matéria. RADIAÇÃO : transferência de energia através de ondas eletromagnéticas, emitidas por corpos de alta temperatura e absorvidas por corpos de baixa temperatura. www.fisicaatual.com.br Mecanismos de transmissão de calor
  12. 12. CONDUÇÃO É o mecanismo de propagação de calor que predomina em sólidos. Quando a extremidade da esquerda é aquecida, as partículas dessa região passam a vibrar mais. Chocando-se com as partículas vizinhas; o aumento de vibração é transmitido para todo o corpo. Como o metal é melhor condutor de calor que a madeira, ao tocarmos o metal perderemos mais calor que ao tocarmos a madeira. Assim, o metal dá a sensação de ser mais “frio” que a madeira. www.fisicaatual.com.br http://www.gcsescience.com/pen5.htm CALOR
  13. 13. CONVECÇÃO É o mecanismo de propagar calor que predomina em líquidos e gases. É um fenômeno de transporte de matéria e energia que tem sua origem na diferença de densidades. Quando um líquido ou um gás é aquecido ele aumenta de volume e sua densidade diminui. Se uma camada de material mais fria e mais densa se encontra acima do material quente, o material quente sobe e o material frio desce para ser aquecido. CORRENTES DE CONVECÇÃO www.fisicaatual.com.br Água quente sobe Água fria desce CALOR
  14. 14. A convecção ajuda a aquecer casas e esfriar motores de carro. www.fisicaatual.com.br água quente radiador fria mistura fria Ar mistura quente
  15. 15. Perto da orla costeira, a convecção é responsável pela brisa do mar. Como o calor específico da areia é menor que o calor específico da água, durante o dia, a areia fica muito mais quente que o oceano. A brisa do mar é criada quando o ar quente sobre a terra se eleva devido à convecção e é substituído por um ar mais frio do oceano. De noite, a areia e o oceano perdem calor, mas a areia esfria mais que o oceano. O oceano fica mais quente e uma brisa terrestre ocorre.   www.fisicaatual.com.br
  16. 16. RADIAÇÃO É o mecanismo de propagar calor através de ondas eletromagnéticas que ocorre mesmo no vácuo. www.fisicaatual.com.br
  17. 17. GARRAFA TÉRMICA <ul><li>O vácuo diminui as trocas de calor por condução e convecção. </li></ul><ul><li>As paredes espelhadas diminuem a as trocas de calor por radiação. </li></ul>www.fisicaatual.com.br
  18. 18. CAPACIDADE TÉRMICA (C) Quantidades diferentes de água, recebendo a mesma quantidade de calor, sofrem variações de temperaturas diferentes. Seria necessário fornecer duas vezes mais calor a 2 kg de água para causar a mesma variação de temperatura que foi causada em 1 kg de água. A capacidade térmica (C) de um corpo mede a quantidade de calor que deve ser fornecida ou retirada do corpo para causar uma certa variação de temperatura: onde: Δ Q = quantidade de calor dada ou retirada. Δ t = variação de temperatura Unidade: cal/ 0 C www.fisicaatual.com.br 1 kg água 2 kg água
  19. 19. Se quisermos causar em 2 kg de água a mesma variação de temperatura causada em 1 kg, devemos fornecer (ou retirar) duas vezes mais calor. Logo, a capacidade térmica de 2 kg de água é o dobro da de 1 kg. A grandeza capacidade térmica não é característica da substância. Quanto maior a quantidade de uma certa substância, maior sua capacidade térmica Quanto maior a capacidade térmica de um corpo, mais calor é necessário fornecer ou retirar do corpo para aumentar ou diminuir sua temperatura. www.fisicaatual.com.br 1 kg água 2 kg água
  20. 20. CALOR ESPECÍFICO (c) A capacidade térmica de 2 kg de água (m 2 ) é o dobro da capacidade térmica de 1 kg de água (m 1 ): O quociente entre a capacidade térmica de um corpo e a massa do corpo é típico da substância que constitui o corpo. Esse quociente é chamado de calor específico do corpo (c): Unidade: cal/g. 0 C www.fisicaatual.com.br 1 kg água 2 kg água C 2 = 2.C 1 e m 2 = 2.m 1
  21. 21. O calor específico de uma substância é a quantidade de calor necessária para aumentar de 1 0 Celsius a temperatura de 1 g da substância. O calor específico é típico da substância. Quanto maior o calor específico da substância, mais calor é necessário fornecer para aumentar a temperatura ou mais calor é necessário retirar para diminuir a temperatura. www.fisicaatual.com.br 1 g 20° C 21° C calor específico
  22. 22. A temperatura do ouro sobe rapidamente, em comparação com a água porque seu calor específico é menor do que o calor específico da água www.fisicaatual.com.br MATERIAL c (J/kg 0 C) AR 1,006 ÁGUA 4,184 ALUMÍNIO 900 FERRO 470 PRATA 235 PETRÓLEO 1900 CONCRETO 880 VIDRO 800 OURO 129 MADEIRA 2500
  23. 23. O calor específico da água é maior que o do ouro. É necessário fornecer mais calor à água para que ela sofra a mesma variação de temperatura que o ouro. recebe 4J de calor 1 g de água a 10 0 C Temperatura aumenta 11 0 C 1 g de ouro a 10 0 C recebe 4J de calor Temperatura aumenta 41 0 C
  24. 24. Por que a água tem calor específico maior que os metais? ÁGUA METAL Moléculas da água apresentam ligações fortes uma com as outras. Os metais apresentam ligações mais fracas. É necessário mais energia para quebrar as ligações entre as moléculas da água.
  25. 25. Vamos fornecer 1 cal de calor a 1g de prata e a 1 grama de alumínio. A prata aquece mais. PRATA átomos mais pesados​​, menos átomos por grama ALUMÍNIO átomos mais leves​​, mais átomos por grama Prata energia é espalhada para menos átomos mais energia por átomo maior aumento de temperatura Alumínio energia é espalhada para mais átomos menos energia por átomo menor aumento de temperatura O calor específico do alumínio é maior que o da prata porque o alumínio tem mais átomos por grama que a prata.
  26. 26. Δ Q = m.c. Δ t Quantidade de calor sensível <ul><li>Quando a quantidade de calor provocar mudança de temperatura, ela é chamada de quantidade de calor sensível. </li></ul><ul><li>Se o corpo recebe calor: Δ Q > 0. </li></ul><ul><li>Se o corpo cede calor: Δ Q < 0. </li></ul>www.fisicaatual.com.br Quantidade de Calor Sensível

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