Tipos de calor.

Recomendações aos alunos:
* Leia co atenção e observe os exemplos.
* Assistam às aulas pelo CMSP, TV, vídeo aulas pela plataforma Stoodi e pesquisem em livros didáticos ou pela internet.
* Não esqueçam de identificar as atividades com 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 21/07.

Tipos de calor.

Calor é a energia que passa de um corpo de maior temperatura para outro de menor temperatura.

Há dois tipos de calor, o calor sensível e o calor latente.

O calor sensível provoca variação de temperatura sem mudança no estado físico da matéria.

O calor latente provoca mudança no estado físico da matéria sem variação de temperatura.

Imagine a seguinte situação:

Um bloco de gelo à -10°C é aquecido. Esse aquecimento se dá em etapas.

1ª) O bloco de gelo recebe calor até que sua temperatura atinja 0°C (ponto de fusão do gelo). 

2ª) Ao atingir a temperatura de 0°C o gelo começa a derreter ( fusão ). Durante a derretimento do gelo (mudança de estado físico de sólido para líquido) a temperatura permanece constante, até que toda o massa de gelo derreta ( calor latente ).

3ª) Após toda a massa de gelo ter derretida, a água formada pelo derretimento começa a ser aquecida até 100°C ( calor sensível ).

4ª) Ao atingir a temperatura de 100°C, a água começa a se transformar em vapor de água ( calor latente ).

5ª) Após toda massa de água se transformar em vapor de água, se continuar a receber calor, a temperatura do vapor de água sofrerá variação ( calor sensível ).

Analisando cada uma das etapas acima, temos:

1ª) Houve variação de temperatura do gelo de -10°C à 0°C, sem mudança de estado físico, portanto o calor recebido é sensível.

2ª) Ocorre a fusão do gelo, mudança de estado físico sem variação de temperatura, portanto o calor é latente.

3ª) A água sofre variação de temperatura sem mudar o estado físico, calor sensível.

4ª) A água sofre vaporização, muda de estado físico sem haver variação de temperatura, calor latente.

5ª) O vapor de água sofre variação de temperatura sem mudar de estado físico, calor sensível.

Como se pode observar:

O calor sensível muda a temperatura mas não muda o estado físico.

O calor latente muda o estado físico sem variar a temperatura.

Assim podemos concluir que em uma panela com água no fogo, podemos abaixar a chama do fogão, pois a temperatura da água não aumenta mais, poi ao atingir 100°C a água muda de estado físico.

Observação.

Esses dados de temperatura são em condições normais de temperatura e pressão (CNTP), ou seja, ao nível do mar, cuja pressão é de 1atm ( atmosfera, medida de pressão).

Quanto maior a altitude, menor é a pressão atmosférica, e menor será a temperatura em que ocorre a mudança de estado físico.

No alto de uma montanha é difícil até de se cozinhar uma batata, pois devido a altitude, a água ebtra em ebulição a temperatura de 72°C, por exemplo.

Na panela de pressão, a água entra em ebulição a uma temperatura de 120°C, devido à pressão ser maior dentro da panela. Por esse motivo os alimentos cozinham mais rapidamente.

Fórmulas.

* Calor sensível.

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

Onde:

 Q = quantidade de calor ( calorias(cal) ou joule(J) )

m = massa ( gramas(g) )

c = calor específico ( cal/g.ºC )

Θf = temperatura final (°C)

Θi = temperatura inicial (°C)

ΔΘ = variação de temperatura (ΔΘ = Θf - Θi)

C = capacidade térmica ( cal/°C)

* Calor latente.

Q = m . L

Onde:

Q = quantidade de calor ( calorias(cal) ou joule(J) )

m = massa ( gramas(g) )

L = calor latente (cal/g)

Para a água, temos os seguintes valores de calor latente:

Lf = 80 cal/g (calor latente de fusão)

Ls = -80 cal/g ( calor latente de solidificação )

Lv = 540 cal/g ( calor latente de vaporização )

Lc = -540 cal/g (calor latente de condensação)

Observação: os valores acima não podem ser esquecidos. Sempre serão os mesmos para a água.

Quando recebe calor, o valor é positivo.

Quando perde calor, o valor é negativo.

Exemplos.

1) Calcule a quantidade de calor necessária para que um bloco de 200g de gelo à 0°C se transforme completamente em água à 20°C. Dado: calor específico da água c = 1cal/g.°C.
Resolução:
1°) Observe que ocorre apenas mudança de estado físico, portanto o calor é latente.
Q = m . Lf
Q = 200 . 80
Q = 16000cal.

2°) A água proveniente do derretimento do gelo está à 0°C, e será aquecida até 20°C. Portanto o calor é sensível.
Q = m . c . (Θf - Θi)
Q = 200 . 1 . (20 - 0)
Q = 200 . 20
Q = 4000cal

3°) Agora vamos somar as quantidades de calor.
Qt = Q1 + Q2
Qt = 16000 + 4000
Qt = 20000cal ou 20Kcal.

2) Um bloco de gelo de 500g está à -5°C. Determine a quantidade de calor necessária para transformar-lo totalmente em vapor de água à 100°C. Dados: calor específico da água c = 1cal/g.°C e calor específico do gelo c = 0,5cal/g.°C, Lf = 80cal/g, Lv = 540cal/g.
Resolução:
Esse exercícios será dividido em quatro etapas:
1ª) Aquecimento do gelo de -5°C até 0°C ( calor sensível)

Q = m . c . (Θf - Θi)
Q = 500 . 0,5 . (0 - (-5))
Q = 250 . 5
Q = 1250cal

2ª) Fusão do gelo (calor latente)

Q = m .Lf
Q = 500 . 80
Q = 40000cal

3ª) Aquecimento da água de 0°C à 100°C (calor sensível)

Q = m . c . (Θf - Θi)
Q = 500 . 1 . (100 - 0)
Q = 500 . 100
Q = 50000cal

4ª) Vaporização da água (calor latente)

Q = m . Lv
Q = 500 . 540
Q = 270000cal

Agora vamos somar as quantidades de calor de cada etapa.

Qt = Q1 + Q2 + Q3 + Q4
Qt = 1250 + 40000 + 50000 + 270000
Qt = 361250cal ou 361,25Kcal




O gráfico acima é chamado de curva de aquecimento. Os patamares do gráfico ( S + L) e ( L + G), indicam mudança de estado físico ( calor latente) e nas linhas crescentes, onde ocorre variação de temperatura, calor sensível.

3)  Dado o diagrama de aquecimento de um material:

A alternativa correta é:

a) o diagrama representa o resfriamento de uma substância pura.

b) a temperatura no tempo zero representa o aquecimento de um líquido.

c) 210°C é a temperatura de fusão do material.

d) a transformação de X para Y é um fenômeno químico.

e) 80°C é a temperatura de fusão do material.

Resolução:

a) Falso. O gráfico representa o aquecimento, pois a temperatura aumenta com o passar do tempo.

b) Falso. A substância em t = 0 está no estado sólido.

c) Falso. 210°C é a temperatura de vaporização do material.

d) Falso. É um fenômeno físico, pois só ocorre mudança de estado físico e não mudança na substância.

e) Verdadeiro. A fusão do material ocorre na temperatura de 80°C

Resposta: E.

Agora faça você.

Exercícios.

1) Calcule a quantidade de calor necessária para que um bloco de 400g de gelo à 0°C se transforme completamente em água à 25°C. Dado: calor específico da água c = 1cal/g.°C.

a) 32 Kcal

b) 42 Kcal

c) 10 Kcal

d) 25 Kcal

e) 40 Kcal

2) Um bloco de gelo de 200g está à -10°C. Determine a quantidade de calor necessária para transformar-lo totalmente em vapor de água à 100°C. Dados: calor específico da água c = 1cal/g.°C e calor específico do gelo c = 0,5cal/g.°C, Lf = 80cal/g, Lv = 540cal/g.

a) 1000 cal

b) 16 Kcal

c) 20 Kcal

d) 120 Kcal

e) 145 Kcal

3) Observe a curva de aquecimento representada abaixo. Nela está indicado o aquecimento de 50g de uma substância, inicialmente no estado sólido.

De acordo com o gráfico, a temperatura de fusão dessa substância é de:

a) 300°C

b) 600 cal

c) 330°C

d) 1200 cal

e) 350°C

4) O diagrama abaixo representa a curva de aquecimento de 20 gramas de uma substância inicialmente no estado líquido. Qual o calor latente de vaporização dessa substância ?

a) 10 cal/g

b) 5 cal/g

c) 15 cal/g

d) 20 cal/g

e) 25 cal/g

5) Um recipiente armazena 500 g de água no estado líquido. Sem que haja mudanças na temperatura da água, repentinamente, todo o seu conteúdo é evaporado. Determine a quantidade de calor que foi transferida para o conteúdo desse recipiente.

Dados: L_F = 540 cal/g

a) 540 Kcal

b) 340 Kcal

c) 250 Kcal

d) 270 Kcal

e) 320 Kcal