Calor e trabalho.

Orientações aos alunos.
* Leia com atenção e observe os exemplos.
* Assistam às aulas pelo CMSP, TV, vídeo aulas no Stoodi e pesquisem em livros didáticos ou pela internet.
* Enviem as atividades para o E-mail: josecorreia@prof.educacao.sp.gov.br
* Não esqueçam de identificar as atividades com nome, ano, série e n° de chamada (se possível).
* Data de entrega: até 15/07.

Olá pessoal! vamos dar continuidade ao estudo de calorimetria relacionando calor e trabalho.
Lembrando, que:
- Calor é a energia que passa de um corpo de maior temperatura para outro de menor temperatura.
- Energia é a capacidade de realizar trabalho.
- Trabalho ocorre quando ao se aplicar uma força num corpo, este sofre um deslocamento.
𝚻 = F . d. cosΘ
Onde:
𝚻 = trabalho (J).
F = força (N).
d = distancia (m).
cosΘ = cosseno do ângulo formado entre a aplicação da força e o deslocamento.

- Potencia: é a relação entre energia e tempo.

P = E

       t

Onde: 

P = potencia (W)

E = energia (J)

t = tempo (s)

No S.I. a unidade de medida da potencia é o watts (W), em homenagem ao físico inglês James Watts.

1 W =1 J

          1 s

Observação: se a potencia está em watts, o tempo deve estar em segundos.

- Trabalho realizado por um gás: é calculado através da fórmula 

                                   

                                    T = P . ΔV   sendo que   P = F

                                                                                  A

Onde:

T = trabalho (J)

P = pressão do gás ( N/m²)

ΔV = variação do volume (m³)

ΔV = Vf - Vi

F = força (N)

A = área (m²)

- Variáveis de estado de um gás.

As variáveis de estado de um gás são:

* Pressão.

* Volume

* Temperatura

Quando um gás sofre variação em uma dessas variáveis, dizemos que o sofreu uma transformação gasosa. Essas transformações podem ser de três tipos:

* Transformação isotérmica: ocorre variação na pressão e no volume do gás com a  temperatura constante.

*Transformação isométrica, isocórica ou isovolumétrica: ocorre variação na temperatura e na pressão do gás com o volume constante.

* Transformação isobárica: ocorre variação na temperatura e no volume do gás com a pressão constante.

Exemplos.

1) Qual é o trabalho realizado por um gás que ao sofrer uma pressão de 10N/m² seu volume varia de 1,5m³ para 1m³?

Resolução:

P = 10N/m²

ΔV = 1 - 1,5 = -0,5m³

T = ?

T = P . ΔV

T = 10 . (-0,5)

T = -5J

Obs: o trabalho é negativo,pois o gás é quem foi comprimido.

2) Um gás aplica uma força de 5N sobre um êmbolo, e esse sofre um deslocamento de 4cm. Considerando que o êmbolo se desloque no mesmo sentido de ação da força, calcule o trabalho realizado pelo gás.

Resolução:

F = 5N

d = 4cm = 0,04m ( divide por 100 para transformar de cm em m )

T = ?

Como o deslocamento se dá no mesmo sentido de ação da força, temos Θ = 0, e cos 0° = 1.

T = F . d . cos Θ

T = 5 . 0,04 . 1

T = 0,2J

Obs: o trabalho é positivo, pois o gás desloca o êmbolo.

Êmbolo é um pistão que se move para cima e para baixo, como numa seringa de injeção.

Quando o êmbolo de uma seringa é pressionado, o gás recebe trabalho e seu volume diminui.

Quando o êmbolo de uma seringa sobe pela pressão  exercida pelo gás, é o gás quem realizou o trabalho.

3) Calcule a variação de temperatura sofrida por 6Kg de uma substância, de calor específico c = 0,6 cal/g.°C que fica exposta durante 20s a uma fonte térmica que fornece 2000cal/s.

Resolução:

ΔΘ = ?

m = 6Kg = 6000g

c = 0,6cal/g.°C

P = 2000cal/s

t = 20s

Para essa questão vamos usar a equação fundamental da calorimetria, da aula passada.

Q = m . c . (Θf - Θi)       e     P = Q/t

P = Q/t

2000 = Q/20

2000 . 20 = Q 

Q = 40000cal

Q = 4 . 10⁴cal

Q = m . c . (Θf - Θi) 

4 . 10⁴ = 6000 . 0,6 . ΔΘ 

4 . 10⁴ = 3600 .  ΔΘ 

4 . 10⁴ = 3,6 . 10³ .  ΔΘ 

4 . 10⁴ =  ΔΘ 

3,6 .10³

 ΔΘ = 1,11 . 10¹

 ΔΘ  = 11,1°C

Resposta: A variação de temperatura sofrida pela substância foi de aproximadamente 11,1°C.

Agora faça você.

Exercícios.

1) Um carrinho é deslocado num plano horizontal sob a ação de uma força horizontal de 50 N. Sendo 400 J o trabalho realizado por essa força, calcule a distância percorrida.

a) 8m

b) 6m

c) 10m

d) 9m

e) 12m

2) Ao aplicar uma força de 2N em uma seringa com ar, observa-se que o volume do ar dentro da sofre uma variação de volume igual 0,1m³. Podemos afirmar que o trabalho exercido sobre o gás é de:

a) 0,1J

b) 0,2J

c) 1J

d) 2J

e) 0,3J.

3) Uma barra de ferro de 200g está recebendo calor de uma fonte térmica de potencia constante de 200cal/min.Sendo o calor específico do ferro igual a c = 0,1 cal/g.°C, qual foi a variação de temperatura sofrida pela barra de ferro após 5 minutos?

a) 30°C

b) 40°C

c) 50°C

d) 55°C

e) 60°C

4) Um copo contém 300g de água à 20°C e recebe calor de um aquecedor elétrico que fornece uma potencia térmica de 100cal/s. Após 30s qual é a temperatura atingida pela água. Despreze o calor absorvido pelo copo. Dado: calor específico da água c = 1cal/g.°C.

a) 60°C

b) 50°C

c) 40°C

d) 30°C

e) 25°C

5) 50g de um líquido, cujo calor específico é c = 0,3cal/g.°C, que está a temperatura de 40°C, perde calor à razão de 150cal/min. Após 2 minutos, qual será a temperatura do líquido?

a) 60°C

b) 50°C

c) 40°C

d) 30°C

e) 20°C