Trocas de calor.

Orientações aos alunos:
* Leiam com atenção e observem os exemplos.
* Assistam às aulas pelo CMSP, TV, vídeo aulas e pesquisem em livros didáticos ou pela internet
* Copiem os textos e os exercícios no caderno.
* Identifiquem as atividades co nome, série, turma e n° de chamada ( se possível )
* Enviem as atividades para o E-mail: josecorreia@prof.educacao.sp.gov.br
* Data de entrega: até 24/06.

Trocas de calor

Corpos com temperaturas diferentes trocam calor entre, si até atingirem o equilíbrio térmico.

A quantidade de calor que um perde é igual a quantidade de calor que o outro ganha. Assim, concluímos que:

Q1 + Q2 + Q3 + ... + Qn = 0

Este é o princípio das trocas de calor.

 " Num sistema termicamente isolado, a quantidade de calor perdida por um corpo é igual a quantidade recebida pelo outro, que está trocando calor com ele, e a soma algébrica dos calores trocados entre os n corpos é igual a zero."

 Observe:

Um corpo perde 20 cal e outro ganha as 20 cal. A soma algébrica é zero.

- 20 cal + 20 cal = 0 cal

Quando um corpo perde calorias, a quantidade de calor ( Q ) é negativa, e quando ganha calorias, a quantidade de calor ( Q ) é negativa.

Lembrando, da aula passada que:

Q = m . c . ( Θf - Θi )              ou              Q = C . ΔΘ

Onde:

 Q = quantidade de calor recebida ou cedida por um corpo ( cal )

m = massa do corpo que está trocando calor ( g )

c = calor específico da substância ( cal/ g . °C )

Θf = temperatura final ( °C )

Θi = temperatura inicial ( °C )

C = capacidade térmica ( cal/°C )

ΔΘ = variação de temperatura. Lembre-se que ΔΘ = Θf - Θi.

Observação:

1ª) A temperatura de equilíbrio térmico é a temperatura final de todos os corpos envolvidos na troca de calor.

2ª) Calorímetro é um recipiente termicamente isolado, utilizado nos estudos de trocas de calor

Para que ocorra trocas de calor são necessários, no mínimo dois corpos com temperaturas diferentes.

Para a resolução de problemas envolvendo trocas de calor, devemos:

1°) ler com atenção o enunciado do problema e identificar quantos corpos trocam calor.

2°) anotar as informações de cada um dos corpos envolvidos na troca de calor.

3°) escrever a fórmula e substituir os valores.

4°) calcular o que está sendo pedido.

Exemplos:

1)  Um corpo de 400 g e calor específico sensível de 0,20 cal/g °C, a uma temperatura de 10°C, é colocado em contato térmico com outro corpo de 200 g e calor específico sensível de 0,10 cal/g° C, a uma temperatura de 60°C. A temperatura final, uma vez estabelecido o equilíbrio térmico entre os dois corpos, será de?

Resolução:

1°) verificá-se que são dois corpos trocando calor. Então: Q1 + Q2 = 0

2°) informações dos corpos que trocam calor entre si:

Corpo A:                  Corpo B:

m = 400g                  m = 200g

c = 0,2 cal/g.°C        c  = 0,1 cal/g.°C

Θi = 10 °C                Θi = 60 °C

Θf = ?                       Θf = ?

3°) substituir os valores na fórmula:

Q1 + Q2 = 0

m . c. ( Θf - Θi ) + m . c. ( Θf - Θi ) = 0

400 . 0,2 . ( Θf - 10 ) + 200 . 0,1 . (Θf - 60 ) = 0

4°) calcula-se a pergunta do problema. A temperatura final é a temperatura de equilíbrio térmico, que é a mesma para todos os corpos envolvidos na troca de calor.

80 .( Θf - 10 ) + 20 . (Θf - 60 ) = 0

80 . Θf - 800 + 20 . Θf - 1200 = 0        ( foi feito a distributiva )

80 . Θf + 20 . Θf = 800 + 1200

100 . Θf = 2000

Θf = 2000

          100

Θf = 20 °C

Resp.: A temperatura de equilíbrio térmico é de 20 °C.

2) Em um experimento, utiliza-se um calorímetro de capacidade térmica igual a 100 cal/°C, que contém 500g de água a 20 °C. Coloca-se dentro desse calorímetro um bloco de ferro à 100 °C, e verifica-se que o equilíbrio térmico ocorreu à 25 °C. Sabendo que o calor específico da água é de 1 cal/g.°C, e o do ferro igual a 0,1 cal/g.°C, calcule a massa do bloco de ferro.

Resolução:

1°) verifica-se que são três corpos trocando calor: o calorímetro, a água e o bloco de ferro. Assim, temos: Q1 + Q2 + Q3 = 0

2°) dados dos corpos que trocam calor:

Calorímetro:                    Àgua:                    Bloco de ferro:

C = 100 cal/°C                m = 500g               m = ?

Θi = 20°C                       Θi = 20°C              Θi = 100°C

Θf = 25°C                       Θf = 25°C              Θf = 25°C

                                        c = 1 cal/g.°C         c = 0,1 cal/g.°C

3°) substituir os valores na fórmula:

Q1 + Q2 + Q3 = 0

C . ( Θf - Θi ) + m .c . ( Θf - Θi ) + m . c . ( Θf - Θi ) = 0

100 . ( 25 - 20 ) + 500 . 1 . ( 25 -20 ) + m . 0,1 . ( 25 - 100 ) = 0

4°) calcular a pergunta do problema. Isso é uma equação do 1° grau. Devemos isolar a variável.

100 . 5 + 500 . 5 + 0,1.m . ( - 75 ) = 0

500 + 2500 - 7,5.m = 0

3000 - 7,5.m = 0

- 7,5.m = - 3000

m = -3000

         - 7,5

m = 400g

Resp.: A massa do bloco de ferro é de 400g.

Pessoal! não se esqueçam da aula passada, que C = m . c, pro isso que para o calorímetro a fórmula foi C . ( Θf - Θi ) e não m .c . ( Θf - Θi ).

C = capacidade térmica, relaciona-se a toda massa do material.

c = calor específico, relaciona-se a cada grama de material.

Agora faça os exercícios.

Exercícios.

1) Em um calorímetro de capacidade térmica desprezível, foram misturados 200 g de água, inicialmente a 20 °C, e 400 g de ouro, inicialmente a 80°C. Sabendo que os calores específicos da água e do ouro são, respectivamente, 1 cal/g°C e 0,03 cal/g°C. Determine a temperatura final aproximada da mistura.

a) 24°C

b) 20°C

c) 30°C

d) 38°C

e) 36°C

2) A respeito das grandezas e equações da calorimetria, marque o que for correto.

a) A unidade de medida da capacidade térmica, de acordo com o Sistema Internacional de Unidades (SI), é J/°C.

b) O calor específico é a quantidade de calor necessária para que 100 g de uma substância qualquer sofra variação de 1 °C.

c) A unidade de medida do calor específico, de acordo com o Sistema Internacional de Unidades (SI), é cal.g/°C

d) A quantidade de calor nunca será levada em consideração na análise das trocas de calor para elementos em um calorímetro.

e) O calorímetro impede as trocas de calor com o meio externo e proporciona o estudo das trocas de calor apenas dos objetos que são estudados.

3) Quando misturamos 1,0 kg de água (calor específico sensível = 1,0 cal/g°C) a 70°C com 2,0 kg de água a 10°C, obtemos 3,0 kg de água a:

a) 10°C

b) 20°C

c) 30°C

d) 40°C

e) 50°C

4) Colocam-se 500 g de ferro, a 42°C, num recipiente de capacidade térmica desprezível contendo 500 g de água a 20°C. determine a temperatura final de equilíbrio térmico. O calor específico do ferro é 0,1 cal/g°C.

a) 12°C

b) 18°C

c) 20°C

d) 22°C

e) 25°C

5) Um bloco de uma material desconhecido e de massa 1kg encontra-se à temperatura de 80°C, ao ser encostado em outro bloco do mesmo material, de massa 500g e que está em temperatura ambiente (20°C). Qual a temperatura que os dois alcançam em contato? Considere que os blocos estejam em um calorímetro.

a) 30°C

b) 40°C

c) 50°C

d) 55°C

e) 60°C