- Em que consiste e fórmulas
- Diferença de temperatura
- Calor específico e capacidade de calor de uma substância
- Como calcular?
- Calorimetria
- Exercícios resolvidos
- Exercício 1
- Dados
- Solução
- Exercício 2
- Solução
- Referências
O calor transferido é a transferência de energia entre dois corpos em diferentes temperaturas. Aquele com uma temperatura mais alta dá calor para aquele com uma temperatura mais baixa. Quer um corpo ceda ou absorva calor, sua temperatura ou estado físico pode variar dependendo da massa e das características do material do qual é feito.
Um bom exemplo é uma xícara de café fumegante. A colher de metal com a qual o açúcar é mexido aquece. Se ficar na xícara por tempo suficiente, o café e uma colher de metal acabam igualando suas temperaturas: o café terá esfriado e a colher terá esquentado. Algum calor terá passado para o ambiente, uma vez que o sistema não é isolado.
O café e a colher ficam em equilíbrio térmico depois de um tempo. Fonte: Pixabay.
À medida que as temperaturas se tornam iguais, o equilíbrio térmico foi alcançado.
Se você fizesse o mesmo teste com uma colher de chá de plástico, certamente notaria que ela não aquece tão rapidamente quanto a de metal, mas também acabará equilibrando com o café e tudo ao seu redor.
Isso ocorre porque o metal conduz o calor melhor do que o plástico. Por outro lado, certamente o café produz calor em uma taxa diferente do chocolate quente ou outra bebida. Portanto, o calor fornecido ou absorvido por cada objeto depende do material ou substância de que ele é feito.
Em que consiste e fórmulas
O calor sempre se refere ao fluxo ou trânsito de energia entre um objeto e outro, devido à diferença de temperatura.
É por isso que falamos em calor transferido ou calor absorvido, pois ao adicionar ou extrair calor ou energia de alguma forma, é possível modificar a temperatura de um elemento.
A quantidade de calor que o objeto mais quente emite é geralmente chamada de Q. Este valor é proporcional à massa desse objeto. Um corpo com grande massa é capaz de liberar mais calor do que outro com massa menor.
Diferença de temperatura
Outro fator importante no cálculo da transferência de calor é a diferença de temperatura experimentada pelo objeto que transfere calor. É denotado como Δ T e é calculado da seguinte forma:
Finalmente, a quantidade de calor transferido também depende da natureza e das características do objeto, que são quantitativamente resumidas em uma constante chamada de calor específico do material, denotada como c.
Então, finalmente, a expressão para o calor transferido é a seguinte:
O ato de ceder é simbolizado por um sinal negativo.
Calor específico e capacidade de calor de uma substância
Calor específico é a quantidade de calor necessária para elevar em 1 ºC a temperatura de 1 g da substância. É uma propriedade intrínseca do material. Suas unidades no Sistema Internacional são: Joule / kg. K (Joule entre quilograma x temperatura em graus Kelvin).
A capacidade térmica C é um conceito interligado, mas um pouco diferente, uma vez que a massa do objeto está envolvida. A capacidade de calor é definida da seguinte forma:
Suas unidades SI são Joule / K. Portanto, o calor liberado também pode ser expresso de forma equivalente como:
Como calcular?
Para calcular o calor transferido por um objeto, é necessário saber o seguinte:
- O calor específico da substância que libera calor.
- A massa da referida substância
- A temperatura final a ser obtida
Os valores de calor específicos para muitos materiais foram determinados experimentalmente e estão disponíveis em tabelas.
Calorimetria
Agora, se esse valor não for conhecido, é possível obtê-lo com o auxílio de um termômetro e água em um recipiente termicamente isolado: o calorímetro. Um diagrama deste dispositivo é mostrado na figura que acompanha o exercício 1.
Uma amostra da substância é imersa a uma determinada temperatura em uma quantidade de água previamente medida. A temperatura final é medida e o calor específico do material é determinado com os valores obtidos.
Ao comparar o resultado com os valores tabulados, pode-se saber qual é a substância. Este procedimento é denominado calorimetria.
O equilíbrio térmico é realizado pela conservação de energia:
Q produzido + Q absorvido = 0
Exercícios resolvidos
Exercício 1
Um pedaço de cobre de 0,35 kg é introduzido a uma temperatura de 150ºC em 500 mL de água a uma temperatura de 25ºC. Encontre:
a) A temperatura final de equilíbrio
b) Quanto calor flui neste processo?
Dados
Esquema de um calorímetro básico: um recipiente isolado de água e um termômetro para medir as mudanças de temperatura. l Fonte: Dr. Tilahun Tesfaye
Solução
a) O cobre libera o calor enquanto a água o absorve. Como o sistema é considerado fechado, apenas a água e a amostra intervêm no balanço térmico:
Por outro lado, é necessário calcular a massa de 500 mL de água:
Com esses dados, a massa da água é calculada:
A equação para o calor em cada substância é levantada:
Equacionando os resultados, temos:
É uma equação linear com uma incógnita, cuja solução é:
b) A quantidade de calor que flui é o calor transferido ou o calor absorvido:
Q rendeu = - 134,75 (32,56 - 150) J = 15823 J
Q absorvido = 2093 (32,56 - 25) J = 15823 J
Exercício 2
Um pedaço de cobre de 100 g é aquecido em um forno a uma temperatura T o e então colocado em um calorímetro de cobre de 150 g contendo 200 g de água a 16 º C. A temperatura final uma vez em equilíbrio é 38 º C. Quando se pesa o calorímetro e o seu conteúdo, verifica-se que 1,2 g de água evaporaram Qual era a temperatura inicial T o ?
Solução
Este exercício difere do anterior, pois deve-se considerar que o calorímetro também absorve calor. O calor liberado pelo pedaço de cobre é investido em todos os seguintes:
- Aqueça a água no calorímetro (200 g)
- Aqueça o cobre de que o calorímetro é feito (150 g)
- Evapore 1,2 gramas de água (energia também é necessária para uma mudança de fase).
Portanto:
- 38,5. (38 - T o) = 22397,3
O calor necessário para trazer 1,2 g de água até 100ºC também poderia ter sido considerado, mas é uma quantidade bastante pequena em comparação.
Referências
- Giancoli, D. 2006. Física: Princípios com Aplicações. 6 th. Ed. Prentice Hall. 400 - 410.
- Kirkpatrick, L. 2007. Physics: A Look at the World. 6 ta Edição abreviada. Cengage Learning. 156-164.
- Rex, A. 2011. Fundamentals of Physics. Pearson. 309-332.
- Sears, Zemansky. 2016. Física Universitária com Física Moderna. 14 th. Ed. Volume 1. 556-553.
- Serway, R., Vulle, C. 2011. Fundamentals of Physics. 9 na Cengage Learning.