TROCA DE CALOR SENSÍVEL

FÍSICA - PROJETO REVISÃO 2015 MW

PROFESSOR JOSÉ LUIZ

Recipiente termicamente isolado que evita troca de calor entre o seu conteúdo e o meio externo.Em princípio, um calorímetro ideal não deveria trocar calor com os corpos de seu interior, mas na prática isso ocorre. Portanto, em alguns casos, vamos considerar a capacidade térmica do calorímetro no equacionamento da troca de calor.

Imagem: Akshat Goel / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported

Calorímetro

A garrafa térmica é um tipo de calorímetro.

Calorímetro

Com a finalidade de isolar termicamente o conteúdo de uma garrafa térmica do meio ambiente, adotam-se os seguintes procedimentos:•As paredes internas são feitas de vidro, que, por ser mau condutor, atenua a troca de calor por condução;•as paredes internas são duplas, separadas por uma região de vácuo, cuja função é evitar a condução do calor que passa pelas paredes de vidro.

Imagem: Henna / Creative Commons Attribution-Share Alike 1.0 Generic

• O vidro de que são feitas as paredes internas da garrafa é espelhado, para que o calor radiante seja refletido, atenuando assim as trocas por irradiação.

• Para evitar as possíveis trocas de calor por convecção, basta fechar a garrafa, pois dessa forma as massas fluidas internas não conseguem sair do sistema.

• É evidente que não existe o isolamento térmico perfeito; assim, apesar dos cuidados citados, após um tempo relativamente grande (várias horas), o conteúdo da garrafa térmica acaba atingindo o equilíbrio térmico com o meio ambiente.

A garrafa térmica é um tipo de calorímetro.

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Calorímetro

Trocas de calor - ∑Q = 0Aparelho utilizado em laboratório com o objetivo de realizar experiências envolvendo trocas de calor entre corpos ou substâncias, evitando a perda de calor.

Trocas de calorNum sistema de vários corpos, termicamente isolados do meio externo, a soma das quantidades de calor por eles trocados é igual a zero.

Para um sistema de n corpos, escrevemos:

No caso de o sistema não estar termicamente isolado ou de o calorímetro não ser ideal, devemos levar em conta a troca de calor dos corpos com o ambiente.

Trocas de calorUm recipiente termicamente isolado contém 500g de água na qual se mergulha uma barra metálica homogênea de 250g. A temperatura inicial da água é 25,0°C e a da barra 80,0°C. Considerando o calor específico da água igual a 1,00 cal/g.°C, o do metal igual a 0,056 cal/g.°C e desprezando a capacidade térmica do recipiente, determine a temperatura do equilíbrio térmico.

Exercício 01Massas iguais de cinco líquidos distintos, cujos calores específicos estão dados na tabela adiante, encontram-se armazenadas, separadamente e à mesma temperatura, dentro de cinco recipientes com boa isolação e capacidade térmica desprezível. Se cada líquido receber a mesma quantidade de calor, suficiente apenas para aquecê-lo, mas sem alcançar seu ponto de ebulição, aquele que apresentará temperatura mais alta, após o aquecimento, será:

a) a água.b) o petróleo.c) a glicerina.d) o leite.e) o mercúrio.

TabelaLíquido Calor

Específico (J/9°C)

ÁguaPetróleoGlicerinaLeiteMercúrio

4,192,092,433,930,14

Resolução

Pela equação geral da calorimetria (Qs = m.c.∆T), percebemos que a variação de temperatura é inversamente proporcional ao calor específico da substância. Ou seja, vai sofrer MAIOR VARIAÇÃO DE TEMPERATURA aquela substância que apresentar MENOR CALOR ESPECÍFICO.

Resposta:e) o mercúrio: c = 0,14 J/g.ºC

Resposta: e)

Exercício 02Um bloco de massa 2,0 kg, ao receber toda energia térmica liberada por 1000 g de água que diminuem a sua temperatura de 1°C, sofre um acréscimo de temperatura de 10°C. O calor específico do bloco, em cal/g.°C, é: (Adote: cágua: 1,0 cal/g.°C)

a) 0,2b) 0,1c) 0,15d) 0,05e) 0,01

Sabemos que:

Resolução

Como todo calor liberado pela água vai ser aproveitado para aquecer o bloco, temos que:

Substituindo os valores, obtemos:

Resposta: d)

Exercício 03Um frasco contém 20 g de água a 0°C. Em seu interior é colocado um objeto de 50 g de alumínio a 80°C. Os calores específicos da água e do alumínio são respectivamente 1,0 cal/g°C e 0,10 cal/g°C.Supondo não haver troca de calor com o frasco e com o meio ambiente, a temperatura de equilíbrio dessa mistura será:

a) 60°Cb) 16°Cc) 40°Cd) 32°Ce) 10°C

Resolução

Sabemos que:

Como não vai haver troca de Como não vai haver troca de calor com o meio externo, calor com o meio externo, temos que:temos que:

Substituindo os valores, obtemos:

Resposta: b)

Exercício 04

a) o corpo maior é o mais quente.b) o corpo menor é o mais quente.c) não há troca de calor entre os corpos.d) o corpo maior cede calor para o corpo menor.e) o corpo menor cede calor para o corpo maior.

Quando dois corpos de tamanhos diferentes estão em contato e em equilíbrio térmico, e ambos isolados do meio ambiente, pode-se dizer que:

ResoluçãoComo os corpos estão em equilíbrio térmico, não vai existir calor, visto que CALOR É A ENERGIA TÉRMICA EM TRÂNSITO devido a diferenças de temperatura entre os corpos. Resposta: c)

Exercício 05É preciso abaixar de 3°C a temperatura da água da bacia, para que o nosso amigo possa tomar banho confortavelmente. Para que isso aconteça, quanto calor deve ser retirado da água?O caldeirão contém 10 kg de água e o calor específico da água é 1 cal/g°C.a) 20 kcalb) 10 kcalc) 50 kcald) 30 kcale) Precisa-se da temperatura inicial da água para determinar a resposta.

Imagem: Richfife / Domínio Público

ResoluçãoSabemos que:

Da equação geral da calorimetria, temos

Resposta: d)

Substituindo os valores, obtemos:

O sinal negativo indica que o calor foi retirado da água.

BOM ESTUDO!