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AULA 6:CALOR E ENERGIAAPOSTILA AZUL – PÁG 55
Surgimento do termômetro
1592: Galileu inventou o primeiro termômetro (termoscópio).
1631: Ray “melhorou” o termoscópio.
1635: Duque construiu termômetro usando álcool: congela em temperatura mais baixa que a água
1640: italianos começam a construir um termômetro moderno (com mercúrio).
Lei dos gases:
Boyle: estudava as propriedades de compressibilidade do ar atmosférico e de outro gases.
Fez experiências de medição do volume de ar sob várias pressões.
Lei de Boyle: volume do gás, a uma determinada temperatura, é inversamente proporcional à pressão a que
ele é submetido.
Lei dos gases:
GayLussac estudou a expansão dos gases quando aquecidos:
“a pressão de qualquer gás, contido em determinado
volume, aumenta em 1/273 de seu valor inicial para cada
grau centígrado de temperatura”.
Fluido de calor:
Black (1728-1799): “calor é um fluido ponderável”, e deu o nome de calor
algo capaz de interpenetrar todos os corpos materiais, fazendo aumentar sua
temperatura.
“uma caloria como sendo a quantidade de calor necessária para elevar a
temperatura de um grama de água de 14,5°C, sob pressão normal, para
15,5ºC.”
Calor é o agente físico que se transfere de um corpo para outro mais frio
devido ao desnível térmico entre ambos.
Lei Fundamental da Calorimetria:
Cálculo do calor recebido
(positivo ou negativo) por um
corpo, quando não ocorre
mudança de estado físico:
Lei fundamental da calorimetria:
Quando o corpo recebe calor, que é usado para mudança de estado físico, a sua temperatura
permanece constante e a quantidade de calor é dada por:
Teoria cinética dos gases:
Boyle: lei proporcionalidade inversa entre a pressão e o volume dos gases.
Quando as moléculas se movem com mais rapidez:
- mais moléculas atingirão qualquer área da parede por segundo.
- o vigor de cada impacto determinado pelo momento mecânica aumentará.
Ambos efeitos são proporcionais às velocidades das moléculas, a pressão aumentará na razão
direta ao quadrado da velocidade (ou da energia cinética das moléculas).
Teoria cinética dos gases:
Como vimos com GayLussac, a pressão do gás mantido em volume constante é proporcional à sua temperatura absoluta (que é a medida da energia do movimento térmico das moléculas). Reunindo essas leis, temos:
PV/T = nR
Exemplo 1:
Mediu-se a temperatura de 20 L de gás hidrogênio (H2) e o valor encontrado foi de 27 ºC a
700 mmHg. O novo volume desse gás, a 87 ºC e 600 mmHg de pressão, será quanto?
Exemplo 2:
Um volume de 10 L de um gás perfeito teve sua pressão aumentada de 1 para 2 atm e sua temperatura aumentada de -73 °C para +127 °C. O volume final, em litros, alcançado pelo gás é quanto?
T (K) = T (ºC) + 273 T (K) = T (ºC) + 273
T (K) = -73 + 273 T (K) = 127 + 273
T (K) = 200 K T (K) = 400 KP1V1 = P2V2
T1 T2
1 . 10 = 2. V2
200 400
400V2 = 4 000V2 = 10 L
Exemplo 3:
Aquecedores solares usados em residências têm o objetivo de elevar a temperatura da água até 70 °C. No entanto, a temperatura ideal da água para um banho é de 30 °C. Por isso, deve-se misturar a água aquecida com a água à temperatura ambiente de um outro reservatório, que se encontra a 25 °C. Qual a razão entre a massa de água quente e a massa de água fria na mistura para um banho à temperatura ideal?
O equilíbrio térmico é atingido quando as temperaturas dos dois corpos ficam iguais. Quando isso ocorre, a quantidade de calor cedida pela água quente é igual ao calor recebido pela água fria. Assim, podemos utilizar a equação:
Q1= - Q2
m1.c. ΔT1= -m2.c. ΔT2
O índice 2 é atribuído à água quente, e o índice 1, à água fria. O sinal negativo é dado a Q2 porque a água quente cede calor para a água fria, ou seja, perde parte de sua energia.
Como c é um valor constante, já que se trata da mesmasubstância, ele pode ser simplificado na equação, e o ΔT deveser substituído pela diferença entre as temperaturas final einicial da água:
m1.(Tf - Ti)1= - m2.(Tf - Ti)2
Substituindo os dados do problema, temos:
m1.(30 - 25) = - m2.(30 – 70)
m1.(5) = - m2.(-40)
5m1 = 40m2
m2/m1 = 5/40
m2/m1 = 0,125
Exemplo 4:
Uma barra de ferro de massa de 4kg é exposta a uma fonte de calor e tem sua temperatura
aumentada de 30 ºC para 150 ºC. Sendo o calor específico do ferro c = 0,119 c/g.ºC,
calcule a quantidade de calor recebida pela barra.
Utilizamos a equação fundamental da calorimetriaQ = m.c.ΔTQ = m.c. (T - T0)e substituímos os dadosQ = 4000 . 0,119. (150 – 30)Q = 476 . 120Q = 57120 calQ = 57,12 kcal