Calorimetria.

 Recomendações aos alunos.

* Leiam o texto com atenção.
* Assistam às aulas pelo CMSP, TV, vídeo aulas pela plataforma Stoodi.

* Façam pesquisas em livros didáticos ou pela internet.
* Identifiquem as atividades com o nome, série e n° de chamada ( se possível ), título da atividade e data de postagem no Blog.
* As atividades deverão ser enviadas para o e-mail: josecorreia@prof.educacao.sp.gov.br

* Data de entrega: até  10/11.

Olá pessoal! Que todos estejam bem.

Nessa semana vamos revisar a calorimetria. 

Calorimetria é o estudo do calor, suas unidades de medidas e os efeitos causados por ele nas substâncias.

Calorimetria é o estudo das trocas de calor.
Calor é a energia térmica que passa de um corpo mais quente para outro mais frio.
Como calor é uma forma de energia, sua unidade de medida é joule (J). Porém no cotidiano é muito comum o uso da caloria (cal) como unidade de medida do calor.
Relação entre caloria e joule:

                                            1 cal = 4,186 J  

A quilocaloria (Kcal) é um múltiplo da caloria e corresponde a 1 Kcal = 1000 cal      

Para conversão de caloria em joule, basta montar uma regra de três. Veja:
Adote 1 cal = 4,2 J e converta:
a) 240 cal em joule.                            b) 840 J em cal.                  c) 2 Kcal em joule.
Resolução:                                          Resolução:                          Resolução:
 1 cal           -    4,2 J                             1 cal        -   4,2 J               1 cal       -   4,2 J
240 cal        -   x J                                  x cal       -   840 J              2000 cal    -   x J
1 . x = 240 . 4,2                                     x . 4,2 = 840 . 1                 x = 2000 . 4,2
x = 1008 J                                              x = 840/4,2                       x = 8400 J
                                                               x = 200 cal.
Não se esqueçam que a unidade de medida oficial de calor é o joule e a caloria não é oficial.

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.

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https://youtu.be/oGjcVkwjWao

Agora façam os exercícios que seguem.

BONS ESTUDOS!

EXERCÍCIOS.

1) Em nossas casas, geralmente são usados piso de madeira ou de borracha em quartos e piso cerâmico na cozinha. Por que sentimos o piso cerâmico mais gelado?

a) Porque o piso de cerâmica está mais quente que o piso de madeira, por isso a sensação de mais frio no piso de cerâmica.

b) Porque o piso de cerâmica está mais frio que o piso de madeira, por isso a sensação de mais frio no piso de cerâmica.

c) Porque o piso de madeira troca menos calor com os nossos pés, causando-nos menos sensação de frio.

d) Porque o piso de cerâmica troca menos calor  com os pés, causando-nos mais sensação de frio.

e) Porque o piso de cerâmica tem maior área de contato com os pés, causando-nos uma maior sensação de frio.

2) Uma amostra de uma substância encontra-se, inicialmente, no estado sólido na temperatura T0 Passa, então, a receber calor até atingir a temperatura fInaI Tf, quando toda a amostra já se transformou em vapor. O gráfico abaixo representa a variação da temperatura T da amostra em função da quantidade de calor Q por ela recebida.

Considere as seguintes afirmações, referentes ao gráfico.
I. T1 e T2 são, respectivamente, as temperaturas de fusão e de vaporização da substância.
II. No intervalo X, coexistem os estados sólido e líquido da substância.
III. No intervalo Y, coexistem os estados sólido, líquido e gasoso da substância.

Quais estão corretas?

a) apenas I

b) apenas II

c) apenas III

d) apenas I e II

e) I, II e III

3) O calor específico da água é da ordem de 1,0 cal/g .°C e seu calor latente de fusão é igual a 80 cal/g. Para transformar 200 g de gelo a 0°C em água a 30°C, a quantidade de energia necessária, em quilocalorias, equivale a:

a) 22 Kcal

b) 18 Kcal

c) 16 Kcal

d) 12 Kcal

e) 10 Kcal

4) Uma massa de água de 300 g recebeu 6000 cal. Se a temperatura da água era de 20°C, determine a temperatura atingida pela massa de água após o recebimento do calor.

Dados: calor específico da água c = 1 cal/g.°C

a) 60°C

b) 55°C

c) 50°C

d) 45°C 

e) 40°C

5)  O gráfico abaixo representa o aquecimento de 50 g de uma substância que se encontra inicialmente no estado líquido.

Podemos afirmar que que o calor específico da substância no estado líquido é:
a) 0,2 cal/g.°C
b) 0,4 cal/g.°C
c) 0,5 cal/g.°C
d) 0,6 cal/g.°C
e) 0,8 cal/g.°C