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4.CALORIMETRIA
4.1.QUANTIDADE DE CALOR (Q)
É a medida da energia térmica fornecida por um corpo para outro. Essa energia é chamada Calor. Sua unidade é a caloria e representa-se cal. Também utiliza-se o múltiplo kcal para 100 calorias. Embora não muito utilizado, no sistema internacional de unidades utiliza-se o joule ( J ) e temos as seguintes equivalências:
1cal = 4,186J e 1J = 0,239 cal
4.2.CAPACIDADE TÉRMICA ( C )
É a quantidade de calor necessária para variar em 1ºC a temperatura de todo um corpo.
C = Q/ e também C = m. c
a unidade é cal/oC ou J/oC
4.3.CALOR ESPECÍFICO (c)
É a quantidade de calor necessária para variar em 1ºC a temperatura de 1g de um corpo. Corresponde a capacidade térmica por unidade de massa.
c = C/m
4.4.EQUAÇÃO FUNDAMENTAL DA CALORIMETRIA
4.5.PRINCÍPIO DA IGUALDADE DAS TROCAS DE CALOR
De acordo com o Princípio da Conservação de Energia, a quantidade de calor cedida por um corpo somada com a quantidade de calor que o outro corpo recebeu é nula.
4.6.CALOR SENSÍVEL
Quando o efeito produzido pelo fornecimento de calor é a variação da temperatura.
4.7.CALOR LATENTE
1. Q = m. c.
Qrec + Qced = 0 ou Qrec = -
Quando o efeito produzido pelo fornecimento de calor é a mudança de estado, não havendo variação na temperatura.
4.8.CALORÍMETRO
Recipiente destinado a medir a quantidade de calor cedida ou recebida por um corpo.
O calorímetro de água, um dos mais simples, tem sua constituição formada por um recipiente de alumínio, ferro ou cobre o qual é envolto por um material isolante, por exemplo o isopor. Esse recipiente contem água numa quantidade conhecida. Na parte superior desse recipiente encontra-se um termômetro. Seu uso dá-se da seguinte maneira: aquecemos uma amostra do material cujo calor específico desejamos conhecer, até que ela atinja uma determinada temperatura ; agitamos então a água do calorímetro e medimos sua temperatura (1); rapidamente colocamos a amostra no calorímetro, agitamos novamente a água e então medimos a temperatura (f) de equilíbrio entre a água contida no recipiente e a amostra. Como não há perdas de calor para o ambiente durante a experiência, o calor cedido pela amostra ao resfriar-se é igual, em valor absoluto, ao calor ganho pela água.
Exemplo:
1.Dentro de um calorímetro, cuja capacidade térmica é desprezível, colocou-se um bloco de chumbo com 4kg, a uma temperatura de 80ºC. O calorímetro contem 8kg de água a uma temperatura de 30ºC. Considerando cchumbo=0,0306cal/g.ºC
e cágua=1 cal/g, determinar a temperatura final do sistema.
Resolução: o sistema atinge o equilibrio termico quando todas as suas partes estão à mesma temperatura. Sabendo que o calorímetro não troca calor, podemos dizer que:
Qrec + Qced = 0 ou Qrec = - Qced ou seja,
Qchumbo + Qágua = 0
sabemos que Q = m. c. , então:
(mch. cch. ch) + ( mág. cág. ág) = 0
(4. 0,0306. (f - 80º)) + (8. 1. (f - 30º)) = 0
f = 31ºC
-EQUIVALÊNCIA ENTRE CALOR E ENERGIA MECÂNICA Uma maneira de aumentarmos a temperatura de um corpo é executando-se um trabalho mecânico sobre esse corpo, por exemplo, quando batemos com um martelo a cabeça do prego aumenta sua temperatura; os bifes quando são batidos pelo batedor de carne descongelam-se. Esta descoberta foi feita e enunciada por
Analise a figura ao lado e veja que podemos muito bem ter passagens de estado que se dão sempre à uma mesma temperatura (temperatura constante), variando-se apenas a pressão, e vice-versa.
5.MUDANÇA DE FASES
Na experiência da aula de hoje vimos que, durante um certo período, a mistura de gelo e água apesar de receber calor, mantinha sua temperatura constante enquanto o gelo se liquefazia.
5.1.TEMPERATURA DE MUDANÇA DE ESTADO A essa temperatura se chama temperatura de mudança de estado. Para a liquefação da água, por exemplo, ela é de 0ºC. 5.2.MUNDANÇAS DE ESTADO As mudanças de estado são: fusão, ebulição, condensação, solidificação, sublimação e ressublimação.
5.3.CALOR LATENTE ( L ) Calor latente de uma mudança de fase é numericamente a quantidade de calor que a substância recebe (ou cede), por unidade de massa, durante a transformação, mantendo-se constante a temperatura.
L = Q/m (a unidade normalmente utilizada é cal/g, mas, no SI devemos utilizar J/kg (joule por quilograma).
Valores de L para a água:
Fusão do gelo (a 0ºC) L F = 80 cal/g
Solidificação da água (a 0ºC) L S = -80 cal/g
Vaporização da água (a 100ºC) L V = 540 cal/g
Condensação do vapor (a 100ºC) L C =-540 cal/g
5.4.CURVAS DE AQUECIMENTO
Tomando-se uma substância de massa m , inicialmente na fase sólida e fornecendo-se continumante calor Q à mesma, ocorrerão as etapas de passagem de estado, as quais podem ser visualisadas na forma de gráfico, que chamamos Curvas de Aquecimento.
6.DIAGRAMA DE FASES É a representação dos diferentes estados de uma substância através de um gráfico p x t.
Convém notar que agora temos uma outra grandeza que nos ajudará a analisar o comportamento dos corpos, que é a pressão. Estudaremos aqui o comportamento das substâncias nas mudanças de fase, variando-se a pressão, o volume e a temperatura.
Ponto de fusão: temperatura em que ocorre a passagem da fase sólida para a líquida Ponto de solidificação: idem da líquida para a sólida. A seguir representamos dois diagramas de fase típicos, um do gás carbônico
(CO2 e outro da água):
É importante notar a seguinte nomenclatura:
T : ponto tríplice 1 : curva de fusão 2 : curva de vaporização 3 : curva de sublimação
A)O ponto x , comum às três curvas do diagrama, é o ponto triplo, que indica a coexistência em equilíbrio das três fases (sólida, líquida e gasosa) da substância. O ponto y pertence à curva de sublimação e, portanto, mostra um estado de equilíbrio entre as fases sólida e de vapor.] O ponto w está sobre a curva de fusão, representando um estado de equilíbrio entre as fases sólida e líquida. O ponto z , estando situado na curva de vaporização, representa um estado de equilíbrio entre as fases líquida e de vapor.
B)A pressão normal, 1atm, e a temperatura ambiente, 20oC, correspondem a um estado da substância situado, no diagrama de fases, à direita das curvas de vaporização e de sublimação, correspondendo, portanto, à fase de vapor.
C)No diagrama, temos:
Fonte: José Antônio Colvara
