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Existe um fator importante a ser analisado. Como o líquido estará num recipiente, ao se dilatar deveremos levar em conta a dilatação do recipiente.
A dilatação real de um líquido deve levar em consideração a dilatação aparente (extravasada) e a do recipiente. É lógico que estamos considerando que o recipiente no inicio estava cheio.
Temos que:
A dilatação do recipiente:
A dilatação do líquido (real):
A dilatação Aparente:
Coeficiente Aparente:
6 – Calorimetria Passaremos a discutir a diferença entre Calor e Temperatura. Veremos também como medir o Calor e como ocorre a transferência desse calor de um corpo para outro.
6.1 – calor
Calor é a energia térmica em trânsito, que se transfere do corpo de maior temperatura para o corpo de menor temperatura. Nessa transferência pode ocorrer apenas uma mudança de temperatura (calor sensível) ou uma mudança de estado físico (calor latente).
6.2 – unidade de medida do calor A substância utilizada como padrão para definir a unidade de quantidade de calor, a caloria (cal), foi a água.
Uma caloria é a quantidade de calor necessária para que 1 grama de água pura,
sob pressão normal, sofra a elevação de temperatura de 1oC.
Como calor é energia, experimentalmente Joule estabeleceu o equivalente mecânico do calor:
Quando uma transformação ocorre sem troca de calor, dizemos que ela é adiabática.
6.3 – capacidade térmica e calor específico Suponhamos que ao fornecer certa quantidade de calor Q a um corpo de massa m, sua temperatura varie Dt.
Definimos Capacidade Térmica C de um corpo como sendo a quantidade de calor necessária por unidade de variação da temperatura do corpo:
Unidades Usuais:
Q............caloria (cal); t............Celsius (oC); C...........cal/oC.
A capacidade térmica é uma característica do corpo e não da substância. Portanto, diferentes blocos de alumínio têm diferentes capacidades térmicas, apesar de serem da mesma substância.
Unidades Usuais:
Q.................. cal; m............grama (g); c............ cal/g.oC; t............Celsius (oC).
6.5 – trocas de calor Se vários corpos, no interior de um recipiente isolado termicamente, trocam calor, os de maior temperatura cedem calor aos de menor temperatura, até que se estabeleça o equilíbrio térmico. E de acordo com o princípio de conservação temos:
Se o calor recebido é QR e o calor cedido é QC, temos:
QR > 0 e QC < 0.
6.6 – propagação do calor O Calor pode se propagar de três formas: por condução, por convecção e por irradiação, passaremos a discutir cada uma dessas possibilidades:
6.6.1 – Condução A condução de calor ocorre sempre que há diferença de temperatura, do ponto de maior para o de menor temperatura, sendo esta forma típica de propagação de calor nos sólidos.
As partículas que constituem o corpo, no ponto de maior temperatura, vibram intensamente, transmitindo sua energia cinética às partículas vizinhas. O calor é transmitido do ponto de maior para o de menor temperatura, sem que a posição relativa das partículas varie. Somente o calor caminha através do corpo.
Na natureza existem bons e maus condutores de calor. Os metais são bons condutores de calor. Borracha, cortiça, isopor, vidro, amianto, etc. são maus condutores de calor (isolantes térmicos).
6.6.2 – Convecção Convecção é a forma típica de propagação do calor nos fluídos, onde a própria matéria aquecida é que se desloca, isto é, há transporte de matéria. Quando aquecemos um recipiente sobre uma chama, a parte do líquido no seu interior em contato com o fundo do recipiente se aquece e sua densidade diminui. Com isso, ele sobe, ao passo que no líquido mais frio, tendo densidade maior, desce, ocupando seu lugar. Assim, formam correntes ascendentes do líquido mais quente e descendentes do frio, denominadas correntes de convecção.
6.6.3 – Irradiação A propagação do calor por irradiação é feita por meio de ondas eletromagnéticas que atravessam, inclusive, o vácuo.
A Terra é aquecida pelo calor que vem do Sol através da Irradiação.
Há corpos que absorvem mais energia radiante que outros. A absorção da energia radiante é muito grande numa superfície escura, e pequena numa superfície clara. Essa é a razão por que devemos usar roupas claras no verão.
Ao absorver energia radiante, um corpo se aquece; ao emiti-la, resfria-se.
6.7 – mudança de estado físico Toda a matéria, dependendo da temperatura, pode se apresentar em 4 estados, sólido, líquido, gasoso e plasma. Em nosso estudo falaremos apenas dos 3 primeiros. As mudanças desses estados são mostradas abaixo;
Fusão : Passagem do estado sólido para o líquido; Solidificação : Passagem do estado líquido para o sólido; Vaporização : Passagem do estado líquido para o vapor, pode ser de três tipos - Evaporação (processo lento), Calefação (líquido em contato com superfície a uma temperatura elevada) e Ebulição (formação de bolhas). Liquefação (ou Condensação): Passagem do estado de vapor para o estado líquido. Sublimação : Passagem do estado sólido diretamente para o estado de vapor ou vice-versa.
transformado, isto é, ao mesmo trabalho sempre corresponde a mesma quantidade de calor.
Suponhamos um gás confinado num cilindro dotado de um pistão móvel, de Área A, que sofre deslocamento Dx.
A força aplicada pelo gás, perpendicular ao cilindro, é:
F = p. A, pois p = F/A
mas: W = F. Dx e F = p. A => W = p. A. Dx
ou ainda: W = p. DV
Primeiro Princípio da Termodinâmica Se realizamos um trabalho sobre o gás, comprimindo-o, ou se cedemos calor ao gás, ele recebe energia que armazena como energia interna. A variação da energia interna do gás, devida ao calor fornecido ao sistema e ao trabalho realizado pelo mesmo será:
DU = Q - W
Segundo Princípio da Termodinâmica Máquinas Térmicas são dispositivos que convertem calor em trabalho e vice-versa: máquinas a vapor, motores a explosão, refrigeradores, etc. Se todo calor absorvido por uma máquina térmica fosse integralmente transformado em trabalho, teríamos o caso ideal de rendimento (100%). Mas a experiência mostra que isto não é possível, o que constitui o segundo princípio da termodinâmica.
Clausius: O calor só pode passar, espontaneamente, de um corpo de maior temperatura para outro de menor temperatura.
Kelvin: É impossível construir uma máquina térmica que, operando em ciclo, extraia calor de uma fonte e o transforme integralmente em trabalho.
Exercícios
1> Um termômetro mal calibrado na escala Celsius registra 10oC para o 1o ponto
fixo e 90 oC para o 2o ponto fixo. Às 10 horas, esse termômetro registra 30oC à temperatura ambiente. Qual a verdadeira temperatura ambiente naquele instante?
2> Uma variação de temperatura de 30oC, corresponde a que variação de temperatura nas escalas Fahrenheit e Kelvin.
3> Um termômetro graduado na escala Fahrenheit registra 68oF. Determine a temperatura correspondente nas escalas Celsius e Kelvin.
(UFMT-MT) 4> Fahrenheit 451 é o título de um filme onde se explica que 451oF é a temperatura da chama que destrói totalmente um livro. Qual será o título desse livro se fosse usada a escala Celsius? Justifique com cálculos.
(Mackenzie-SP) 5> Certo dia foi registrada uma temperatura cuja indicação na escala Celsius correspondia a 1/3 da respectiva indicação na escala Fahrenheit. Tal temperatura foi de:
(a) 80oF; (b) 80oC; (c) 41,8oF; (d) 41,8oC; (e) 26,7 oF.
(ITA-SP) 6> O verão de 1994 foi particularmente quente nos Estados Unidos da América. A diferença entre a máxima temperatura de verão e a mínima do inverno
anterior foi de 60oC. Qual o valor dessa diferença na escala Fahrenheit?
(Unifor-CE) 7> Uma escala termométrica oA, criada por um aluno, é tal que o
ponto de fusão do gelo corresponde a - 20oA e o de ebulição da água
corresponde a 30oA. A temperatura Celsius em que as escalas oA e Celsius fornecem valores simétricos:
(a) - 26,6 oC (b) - 13,3 oC (c) 13,3 oC (d) 18,8 oC (e) 26,6 oC
(FEI-SP) 8> Um mecânico deseja colocar um eixo no furo de uma engrenagem e verifica que o eixo tem diâmetro um pouco maior que o orifício na engrenagem. O que você faria para colocar a engrenagem no eixo? (a) aqueceria o eixo; (b) resfriaria o eixo e aqueceria a engrenagem; (c) aqueceria a engrenagem e o eixo; (d) resfriaria a engrenagem e o eixo; (e) resfriaria a engrenagem e aqueceria o eixo.
