* Leiam com atenção e observem os exemplos.
* Assistam às aulas pelo CMSP, TV e plataforma Stoodi.
* Não se esqueçam de identificar as atividades co nome, ano, turma e n° de chamada (se possível).
* Enviem as atividades para o E-mail: josecorreia@prof.educacao.sp.gov.br
* Data de entrega: até 04/08.
- Trocas de calor.
Corpos com temperaturas diferentes trocam calor entre si até atingirem o equilíbrio térmico.
Se o sistema for termicamente isolado, ou seja, sem haver perda de calor para o ambiente, a quantidade de calor que um corpo recebe é igual a quantidade de calor que o outro cede. Assim, temos:
Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + ... + Qn = 0
Sendo:
Q = m . c . (Θf - Θi) ou Q = C . ΔΘ, pois: C = m .c e ΔΘ = Θf - Θi
Onde:
Q = quantidade de calor ( calorias(cal) ou joule(J))
1cal = 4,186J
m = massa (gramas(g))
c = calor específico da substância ( cal/g.°C)
C = capacidade térmica da substância (cal/°C)
ΔΘ = variação de temperatura (°C)
Θf = temperatura final (°C)
Θi = temperatura inicial (°C)
Observação:
Se um corpo recebe calor, Q é positivo.
Se um corpo cede calor, Q é negativo.
- Tipos de calor.
* Calor sensível: provoca variação de temperatura sem mudar o estado físico.
Fórmula:
Q = m . c . (Θf - Θi)
* Calor latente: provoca mudança de estado físico sem haver variação de temperatura.
Fórmula:
Q = m. L
Para a água, os valores de calor latente são:
Lf = 80cal/g (calor latente de fusão do gelo)
Ls = -80cal/g (calor latente de solidificação da água)
Lv = 540cal/g (calor latente de vaporização da água)
Lc = -540cal/g (calor latente de condensação do vapor de água)
Isso significa que para derreter 1g de gelo são necessárias 80cal. E para que 1g de água se transforme em vapor de água são necessárias 540cal.
* Calorímetros são recipientes termicamente isolados, utilizados nos estudos de trocas de calor.
Exemplos.
1) Qual a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1l de água de 20°C para 80°C?
Dado: calor específico da água c = 1cal/g.°C.
Resolução:
1l de água = 1Kg = 1000g, pois a densidade da água é 1Kg/l
Θi = 20°C
Θf = 80°C
c = 1cal/g.°C
Q = m . c . (Θf - Θi)
Q = 1000 . 1 . (80 - 20)
Q = 1000 . 60
Q = 60000cal ( 1Kcal = 1000cal)
Q = 60Kcal
2) Qual a quantidade de calor necessária para derreter completamente um bloco de gelo de 400g que se encontra à 0°C? Dado: Lf = 80cal/g
Resolução:
Q = ?
m = 400g
Lf = 80cal/g
Q = m . L
Q = 400 . 80
Q = 32000cal
Q = 32Kcal
3) Ao misturar 1l de água à 70°C com 2l de água à 10°C, obtemos 3l de água a que temperatura? Dados: c = 1cal/g.°C e densidade da água d = 1Kg/l.
Resolução:
Como não há mudança de estado físico, temos:
Q1 + Q2 = 0
m . c . (Θf - Θi) + m . c . (Θf - Θi) = 0
1000 . 1 . (x - 70) + 2000 . 1 .(x - 10) = 0
1000 . (x - 70) + 2000 . (x - 10) = 0
1000x - 70000 + 2000x - 20000 = 0
1000x + 2000X = 70000 + 20000
3000x = 90000
x = 90000/3000
x = 30°C
4) Calcule a quantidade de calor necessária para transformar um bloco de gelo de 300g que se encontra a temperatura de -5°C em vapor de água à 100°C. Dados: calor específico do gelo 0,5cal/g.°C; calor específico da água 1cal/g.°C; calor latente de fusão do gelo 80cal/g; calor latente de vaporização da água 540cal/g.
Resolução:
Cuidado! Nesse exercício há variação de temperatura e mudança de estado físico. Vamos fazer por etapas. Serão 4 etapas.
1ª) Aquecimento do gelo de -5°C à 0°C ( calor sensível)
Q = m .c .(Θf-Θi)
Q = 300 . 0,5 . (0-(-5))
Q = 150 . 5
Q = 750cal
2ª) Fusão do gelo (calor latente)
Q = m . Lf
Q = 300 . 80
Q = 24000cal
3ª) Aquecimento da água de 0°C à 100°C (calor sensível)
Q = m . c . (Θf-Θi)
Q = 300 . 1 . (100 - 0)
Q = 300 . 100
Q = 30000cal
4ª) Vaporização da água (calor latente)
Q = m . Lv
Q = 300 . 540
Q = 162000cal
Agora vamos somar todas as quantidades de calor.
Qt = Q1 + Q2 + Q3 + Q4
Qt = 750 + 24000 + 30000 + 162000
Qt = 216750cal
Resp: Serão necessárias 216750cal para transformar o bloco de gelo totalmente em vapor de água.
5) O gráfico abaixo representa a curva de aquecimento de 50g de uma substância que se encontra inicialmente no estado sólido.
Determine
a) o calor específico da substância;
b) o calor latente de fusão da substância.
Resolução:
Pelo gráfico, a 1ª parte indica o aquecimento da substância. A 2ª parte indica a fusão da substância e a 3ª parte, o aquecimento da substância no estado líquido.
Assim, temos:
a) Q = m . c . (Θf-Θi)
600 = 50 . c . (330 - 300)
600 = 50 . c . 30
600 = 1500 . c
600/1500 = c
c = 0,4cal/g.°C
b) Na 2ª parte do gráfico, temos
Q = m . Lf
1200 - 600 = 50 . Lf
600 = 50 . Lf
600/50 = Lf
Lf = 12cal/g
Agora faça os exercícios.
Exercícios.
1) Um bloco de ferro de massa 200 g está inicialmente a temperatura de 20°C. Sendo o calor específico do ferro igual a c = 0,1 cal/g.°C, determine a quantidade de calor necessária para que a temperatura desse bloco se eleve até 50°C.
a) 600 cal
b) 60 cal
c) 6000 cal
d) 6 . 10⁴ cal
e) 6 . 10⁵ cal
2) Determine a quantidade de calor necessária para transformar totalmente um bloco de gelo de 300 g, que se encontra à 0°C, em água à 0°C. Dados: Lf = 80 cal/g.
a) 240 cal
b) 2,4 . 10⁴ cal
c) 24 cal
d) 2,4 . 10³ cal
e) 2,4 . 10² cal
3) O gráfico representa o aquecimento de 80 g de uma substância que se encontra inicialmente no estado sólido.
Podemos afirmar que o calor latente de fusão dessa substância é:
a) 5 cal/g
b) 4 cal/g
c) 2,5 cal/g
d) 3 cal/g
e) 2 cal/g
4) Calcule a quantidade de calor necessária para transformar um bloco de gelo de 500g que se encontra a temperatura de 0°C em vapor de água à 100°C. Dados: calor específico do gelo 0,5cal/g.°C; calor específico da água 1cal/g.°C; calor latente de fusão do gelo 80cal/g; calor latente de vaporização da água 540cal/g.
a) 3, 6 . 10² cal
b) 3,6 . 10 ³ cal
c) 3,6 . 10⁴ cal
d) 3,6 . 10⁵ cal
e) 3,6 . 10⁶ cal
5) Observe o gráfico abaixo. Nele está representado a curva de aquecimento de uma substância sólida que recebe calor de uma fonte térmica.
De acordo com o gráfico, a substância sofre vaporização entre os pontos:
a) A e B
b) B e C
c) C e D
d) E e F
e) D e E
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