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Edgar
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CALORIMETRIA: ABSORO DE CALOR POR SLIDOS E LQUIDOS
TPICOS DA AULA:
1- Calor Sensvel, Capacidade calorfica e Calor Latente de Transformao (de Vaporizao e de Fuso);
2- Calor especfico;
3- Calor especfico molar;
CALOR SENSVEL E CALOR LATENTE Calor sensvel e calor latente so grandezas fsicas que
descrevem a quantidade de calor que se precisa adicionar ou
remover de uma substncia para que ela sofra alguma variao
trmica. Veja a seguir suas definies.
Calor sensvel a quantidade de calor necessria para que
uma unidade de massa de uma substncia altere sua
temperatura em 1 grau.
Essa denominao s dada para o caso em que o calor
recebido apenas altera a temperatura do material,
permanecendo este no mesmo estado de agregao.
CALOR SENSVEL Um exemplo desse tipo de situao um pedao
de metal que se aquece quando colocado prximo ao fogo, porm continua no estado slido.
O calor sensvel, tambm chamado por calor especfico sensvel, representado pela letra c e depende do tipo de material e do seu estado de agregao.
CALOR SENSVEL Por exemplo:
Para a gua no estado lquido, temos: c = 1 cal/ g oC.
Isso significa que necessrio fornecer 1 cal para que 1g de gua aumente sua temperatura em 1 oC ou que necessrio retirar 1 cal para que a temperatura diminua em 1 oC.
Mas para a gua em estado slido, essa quantidade j c = 0,5 cal/ g oC.
CALOR SENSVEL
A definio de calor sensvel est relacionada tambm
com o conceito de Capacidade trmica, que corresponde
quantidade de calor que a massa total de um corpo
precisa receber ou perder para que sua temperatura
varie 1 oC . dada por:
C = m c Onde: C Capacidade trmica;
m massa do objeto;
c calor especfico.
CAPACIDADE CALORFICA
A capacidade calorfica C de um objeto a
constante de proporcionalidade entre o
calor Q que o objeto absorve ou perde e a
variao de temperatura T resultante do
objeto.
CAPACIDADE CALORFICA
A equao utilizada para calcular o calor sensvel de um material :
Q = m c T Como C = m c, temos:
Q = C T = C (TF To) Sendo:
Q quantidade de calor;
m massa da substncia;
c calor especfico da substncia (ver Tabela);
T Variao de temperatura = TF To;
TROCAS DE CALOR Para um estudo com maior preciso usa-se o calormetro - recipiente
fechado incapaz de trocar calor entre o ambiente e seu interior;
Os corpos colocados trocam calor at atingir o equilbrio trmico;
Como os corpos no trocam calor com o calormetro e nem com o meio
em que se encontram, toda a energia trmica passa de um corpo ao
outro;
Ao absorver calor Q > 0 e ao transmitir calor Q < 0, a soma de todas as
energias trmicas nula, ou seja:
Q = 0
Q1 + Q2+ Q3+ ... + Qn = 0
sendo que as quantidades de calor podem ser tanto sensvel como latente.
CALOR LATENTE
Calor latente - L, a quantidade de calor que, ao
ser fornecida ou retirada de um corpo, no altera
sua temperatura, mas causa mudana em seu
estado de agregao.
Quantidade de calor por unidade de massa que
necessrio fornecer ou retirar de um objeto para
mudar o seu estado de agregao.
CALOR LATENTE
Observamos esse fenmeno no derreter do gelo,
em que possvel ver a gua no estado slido e
lquido mesma temperatura.
O calor que est sendo fornecido para a
substncia revertido totalmente para a mudana
de fase, e no para o aumento da temperatura.
CLCULO DO CALOR LATENTE O calor latente calculado com a expresso:
Q = m L Onde:
Q Quantidade de calor;
m Massa da substncia; L Calor latente.
Se a substncia recebe calor para alterar seu estado, que
o que ocorre na fuso e na vaporizao, ento o valor de L
positivo. Mas se a substncia perde calor, L negativo,
sendo o que ocorre na solidificao e liquefao.
CLCULO DO CALOR LATENTE
Quando a mudana de fase da lquida para a
gasosa (absorve calor) ou da gasosa para a lquida
(libera calor), o calor latente de vaporizao Lv.
Para a gua, em sua temperatura normal de
evaporao ou de condensao,
Lv = 539 cal/g = 40,7 kJ/mol = 2256 kJ/kg.
CLCULO DO CALOR LATENTE
Quando a mudana de fase da slida para a
lquida (absorve calor) ou da lquida para a slida
(libera calor), o calor latente de fuso LF.
Para a gua, em sua temperatura normal de
congelamento ou de fuso,
LF = 79,5 cal/g = 6,01 kJ/mol = 333 kJ/kg.
ALGUNS CALORES ESPECFICOS E CALORES ESPECFICOS MOLARES NA TEMPERATURA AMBIENTE
CALORES ESPECFICOS DE ALGUMAS SUBSTNCIAS (em cal/g oC)
Quando: Q > 0: o corpo ganha calor. Q < 0: o corpo perde calor.
UNIDADE DE CALORIA
Caloria (cal) foi definida como a quantidade de calor
que aumentaria a temperatura de 1g de gua de 14,5
oC para 15,5 oC.
No sistema britnico, a unidade correspondente de
calor era a Btu = British thermal unit - Unidade trmica
britnica, definida como a quantidade de calor que
aumentaria a temperatura de 1 lb de gua de 63 oF a
64 oF.
CALOR ESPECFICO DA GUA
cgua = 1 cal/ g oC
= 1 Btu/lb oF
= 4190 J/ kg K
1 cal = 3,969 x 10-3 Btu = 4,1868 J,
Onde:
J = Joule.
ALGUNS CALORES DE TRANSFORMAO
SUBSTNCIA
FUSO EVAPORAO
PF (em K) Calor de Fuso
Lf (em kJ/kg)
PE (em K) Calor de
Vaporizao Lv
(em kJ/kg)
HIDROGNIO 14,0 58,0 20,3 455
OXIGNIO 54,8 13,9 90,2 213
MERCRIO 234 11,4 630 296
GUA 273 333 373 2256
CHUMBO 601 23,2 2017 858
PRATA 1235 105 2323 2336
COBRE 1356 207 2868 4730
CALORES LATENTES DA GUA
Quando:
Q > 0: o corpo funde ou vaporiza.
Q < 0: o corpo solidifica ou condensa.
CURVA DE AQUECIMENTO
Calor latente no depende de .
Assim podemos elaborar um grfico da Curva de Aquecimento de T X Q.
FLUXO DE CALOR Para que um corpo seja aquecido, normalmente, usa-se
uma fonte trmica de potncia constante capaz de fornecer
uma quantidade de calor por unidade de tempo.
Fluxo de calor () que a fonte fornece de maneira
constante como o quociente entre a quantidade de calor (Q) e
o intervalo de tempo de exposio (t):
Unidade no SI: Watt (W)
1W = 1J/s
Outras unidades: cal/s, cal/min, kcal/s.
FLUXO DE CALOR Exemplo: Uma fonte de potncia constante igual a 100W
utilizada para aumentar a temperatura de 100g de mercrio para
30C. Sendo o calor especfico do mercrio 0,033cal/g.C e 1cal =
4,186J, quanto tempo a fonte demora para realizar este
aquecimento? Aplicando a equao do fluxo de calor:
= /
=414,513
100/
= 4,145 s