CALOR E MUDANÇA DE FASECALOR E MUDANÇA DE FASE

O que você deve saber sobre

Quando um corpo recebe calor, dois efeitos distintos podem ocorrer: se receber calor sensível, sua temperatura aumenta e o corpo não sofre mudança de fase; se receber calor latente, a temperatura permanece constante, mas com transição de fase. Neste tópico analisamos as duas situações, além das trocas de calor com múltiplos corpos em contato nos sistemas termicamente isolados.

CALOR E MUDANÇA DE FASE

I. Calor sensível

Q: quantidade de calorm: massa do corpoC: calor específico do corpo∆θ: variação de temperatura

●

●

Capacidade térmica

Quantidade de calorias necessárias para elevar a temperatura do corpo em 1 grau Celsius:

Calorímetro: recipiente, protegido do meio exterior, onde ocorre a troca de calorGrandeza relevante num calorímetro: sua capacidade térmica. Num calorímetro ideal, o isolamento térmico seria perfeito (paredes adiabáticas).

Calorímetro didático simples. Existem suportes para a fixação de um termômetro, de um agitador, e contatos para a passagem de corrente elétrica.

SC

IEN

CEP

HO

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S/A

LA

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AG

ES

CALOR E MUDANÇA DE FASE

I. Calor sensível

II. Calor latente

Quando, sob determinada pressão, um corpo atinge a temperatura de mudança de fase, cessa a variação de temperatura. A energia térmica continua a ser utilizada na reorganização molecular da substância. A temperatura só volta a mudar quando o corpo todo tiver mudado de fase. A quantidade Q de energia necessária para transformar a fase de um corpo de massa m é dada por

A temperatura da água não se altera enquanto muda da fase

sólida para a líquida.

BO

CH

KA

REV

/SH

UTTER

STO

CK

CALOR E MUDANÇA DE FASE

Q: calor latente

Curvas de aquecimento

Os patamares horizontais representam as transições de fase da substância. As temperaturas

indicadas por PF e PE representam,respectivamente, os pontos de fusão e ebulição

da substância nessa determinada pressão.

II. Calor latente

CALOR E MUDANÇA DE FASE

Diagrama de fase de uma substância típica, como o CO2: a curva CF sobe se deslocando para a direita. A maioria das substâncias tem comportamento semelhante.

Existem outras substâncias que seguem o comportamento da água, em que a curva CF sobe invertida.

III. Diagramas de fase

CALOR E MUDANÇA DE FASE

IV. Trocas de calor

Em um calorímetro, diversos corpos de substâncias diferentes a temperaturas distintas trocarão calor até atingir um novo equilíbrio térmico. Supondo desprezível a interação com o exterior do sistema:

A energia Q é absorvida ou cedida pelo corpo i no interior do calorímetro.

CALOR E MUDANÇA DE FASE

ou, resumidamente,

V. Equivalente mecânico do calor

Nesse experimento, idealizado por Joule, observamos a energia potencial gravitacional ser transformada em energia cinética; esta, por sua vez, será transformada em energia térmica.

Esquema do aparato experimental de Joule

CALOR E MUDANÇA DE FASE

Em notação moderna:

V. Equivalente mecânico do calor

A locomotiva a vapor, com as melhorias no rendimento da

conversão de energia térmica em mecânica, é o símbolo da revolução

nos transportes de carga e de passageiros, ocorrida na

Europa em 1840.

LEE T

OR

REN

S/S

HU

TTER

STO

CK

CALOR E MUDANÇA DE FASE

Calor sensível e calor latenteClique na imagem para ver o vídeo.

CALOR E MUDANÇA DE FASE

(Fuvest-SP) O gráfico representa a variação da temperatura de um corpo sólido, em função do tempo, ao ser aquecido por uma fonte que libera energia a uma potência constante de 150 cal/min.

Como a massa do corpo é de 100 g, o seu calor específico, em cal/g ºC, será de:a) 0,75. b) 3,75. c) 7,50.d) 0,80.e) 1,50.

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CALOR E MUDANÇA DE FASE – NO VESTIBULAR

EX

ER

CÍC

IOS

ES

SEN

CIA

IS

RESPOSTA: A

(Udesc) O gráfico a seguir representa a temperatura de uma substância, inicialmente no estado sólido, em função da quantidade de calor recebida. A massa da substância é de 50 gramas.

a) O calor específico da substância no estado sólido é de 0,2 cal/g ºC.b) O calor latente de fusão da substância é de 20 cal/g.c) O calor específico da substância no estado líquido é de 0,5 cal/g ºC.d) O calor latente de vaporização da substância é de 80 cal/g.e) O calor específico da substância no estado de vapor é de 0,8 cal/g ºC.

5EX

ER

CÍC

IOS

ES

SEN

CIA

IS

RESPOSTA: C

CALOR E MUDANÇA DE FASE – NO VESTIBULAR

(UEL-PR) Para se determinar o calor específico de uma liga metálica, um bloco de massa 500 g dessa liga foi introduzido no interior de um forno a 250 ºC. Estabelecido o equilíbrio térmico, o bloco foi retirado do forno e colocado no interior de um calorímetro de capacidade térmica 80 cal/ºC, contendo 400 g de água a 20 ºC. A temperatura final de equilíbrio foi obtida a 30 ºC.

Nessas condições, o calor específico da liga, em cal/g oC, vale:a) 0,044. b) 0,036. c) 0,030. d) 0,36.e) 0,40.Dado: Calor específico da água = 1,0 cal/g ºC.

7EX

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RESPOSTA: A

CALOR E MUDANÇA DE FASE – NO VESTIBULAR

(Uesc-BA) A figura representa um arranjo experimental similar àquele utilizado por Joule para demonstrar que é necessário transformar aproximadamente 4,2 J de energia mecânica para se obter 1 cal. Deixando-se cair um corpo de peso 50,0 N, 20 vezes, de uma determinada altura, um sistema de pás entra em rotação, agitando 1,0 kg de água contida no recipiente isolado termicamente, variando a temperatura da água de 1,5 ºC.

Desprezando-se os efeitos de forças dissipativas, a capacidade térmica do recipiente e sabendo-se que o corpo cai com velocidade praticamente constante e que o calor específico da água é de 1,0 cal/g ºC, é correto afirmar que a altura inicial do corpo é igual, em m, a:a) 6,3. b) 8,0. c) 10,0. d) 13,0.e) 15,0.

12EX

ER

CÍC

IOS

ES

SEN

CIA

IS

RESPOSTA: A

CALOR E MUDANÇA DE FASE – NO VESTIBULAR

(UEPB) Por ter acabado o gás de cozinha, a dona de casa utilizou um aquecedor de 200 W de potência para aquecer a água do café. Dispondo de 1 litro (1.000 g) de água que se encontrava a 22 ºC, e supondo que apenas 80% dessa potência foi usada no aquecimento da água, qual a temperatura atingida pela água após um instante de 30 min? (Adote 1 cal = 4,0 J e calor específico da água c = 1 cal/g ºC)

a) 60 ºCb) 313 ºC c) 30 ºCd) 94 ºCe) 72 ºC

14EX

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CÍC

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RESPOSTA: D

CALOR E MUDANÇA DE FASE – NO VESTIBULAR