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Calor e Temperatura, Trocas de Calor Bibliografia e figuras desta aula: Fundamentos da Física, Halliday, Resnick e Walker, 8a Ed., vol 2 pág2 188-190
• Até agora aprendemos:
• O conceito de temperatura
• A lei zero da Termodinâmica (equilíbrio térmico)
• Como calibrar um termômetro
• Escalas termométricas (Celsius, Fahrenheit e Kelvin)
• Expansão térmica de sólidos e líquidos que é um dos efeitos que a variação de temperatura causa em sistemas físicos
• A partir de agora, começamos a falar de calor e sua relação com a variação de temperatura e outras formas de energia.
Na vida cotidiana
Xícara (Sistema) com chá quente em cima da mesa da cozinha (Ambiente)
Refrigerante (Sistema) gelado em cima da mesa da cozinha (Ambiente)
se o sistema perde calor,
Q<0
se o sistema recebe calor,
Q>0
Calor é a energia térmica que é transferida de um sistema a outro devido a uma diferença de temperatura
entre eles!
(James Joule: 1818-1889)
• A caloria é definida como a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de um grama de água de 14,5oC para 15,5oC
• Note que caloria (cal) não unidade do S.I.
• Conversões úteis:
1cal = 4, 186J
1kcal = 4186J
1Btu = 778ft.lb = 252cal = 1055J
Cuidado! Calor e Temperatura não são a mesma coisa! Relembrando: Calor é energia térmica que é trocada entre sistemas físicos devido à diferença de Temperatura entre eles!
Capacidade Térmica (C)
A capacidade térmica ou capacidade calorífica (C) é uma grandeza física que relaciona a quantidade de calor fornecida a um corpo com a variação de temperatura observada
A capacidade térmica caracteriza o corpo e não a substância que o constitui e é uma grandeza extensiva, ou seja, é proporcional à quantidade de material presente no corpo.
C =Q
�T[J
K]
Isto significa que dois corpos constituídos pela mesma substância, mas com massas diferentes possuem diferentes capacidades térmicas.
Calor específico (c)
O calor específico de uma substância é definido como sendo a capacidade térmica por unidade de massa, ou seja,
c =C
m
J
kg.K
�
Ou seja, o calor específico é uma propriedade particular de cada substância
Exemplo: A capacidade térmica de uma certa pedra de mármore é 749J/K. Já o calor específico do mármore (nesta pedra ou em qualquer outro objeto constituído por esta substância) vale 880 J/kg.K
Calor específico (c) e capacidade térmica (C)
Observação: Se a temperatura aumenta, �T > 0
Se a temperatura diminui, �T < 0
Podemos agrupar as duas equações anteriores C =Q
�Tc =
C
m
Enquanto um corpo/substância recebe ou perde calor, seu estado físico não sofre alterações.
Q = mc�T (J)
Calor específico molar (c’)
A capacidade térmica pelo número de mols é chamada de calor específico molar:
c0 =C
n=
mc
n= Mc
onde M=m/n é a massa molar da substância.
( J/mol.K )
Note que 1 mol de qualquer substância possui um Número de Avogadro, NA, desta substância
NA = 6, 02⇥ 1023 mol
�1
Mudança de Fase
• Quando um sistema físico qualquer sofre uma variação de temperatura ele está sujeito a sofrer uma mudança de fase.
• Durante a mudança de fase, a temperatura não varia!
• A quantidade de calor que um sistema recebe enquanto está sofrendo mudança de fase recebe o nome de calor latente e é definido como:
Q = mL (J)
L ! calor de transformacao
( J/K )
As mudanças de fase são:
Sólido Líquido Gasosofusão (LF) vaporização (LV)
condensação (-LV)solidificação (-LF)
Problemas envolvendo trocas de calor
• Em problemas envolvendo trocas de calor, em geral consideramos somente as trocas internas entre corpos dentro de um sistema físico isolado, ou seja, não há perdas para o exterior.
• Devemos identificar quais partes cedem e quais partes ganham calor.
• Devemos identificar se há ou não mudança de fase.
• Devemos considerar que a soma das quantidades de calor cedida e recebida é nula, ou seja, dentro do sistema isolado, há conservação da quantidade de calor trocada.
Qc +Qr = 0Exercícios: Faremos alguns da Lista colocada na Central do Aluno
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