Aula 3 - Física - Ronaldo Ayres - Calorimetria e Trocas de Calor

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Prof. Ronaldo Ayres

CALORIMETRIA E TROCAS DE CALOR

L = calor latente

1.DEFINIÇÃO DE CALOR

m = massa

Calor é a Energia Térmica que flui espontaneamente do corpo mais quente para o mais frio.

Q = quantidade de calor

4.CAPACIDADE TÉRMICA

Quen te

Frio calor

Energia Térmica em Trânsito (Movimento) 2.CALOR SENSÍVEL Dizemos que o calor é sensível quando ele prova mudança de temperatura em um corpo. A expressão abaixo nos permite calcular a quantidade de calor que um corpo precisa receber para sofrer uma certa variação de temperatura.

Q  m.c.T c = calor específico m = massa ΔT = variação de temperatura Q = quantidade de calor

Capacidade térmica é a razão entre a quantidade de calor recebida pelo corpo e sua variação de temperatura.

Q C T 5.Unidades Usuais

m  g c  cal / g º C T  º C Q  cal C   cal /º C 6.EQUILÍBRIO TÉRMICO Quando dois corpos com diferentes temperaturas trocam calor, o que está mais quente esfria e o que está mais frio esquenta, até que suas temperaturas atingem o mesmo valor (temperatura de equilíbrio térmico).

3.CALOR LATENTE Dizemos que o calor é latente quando ele provoca uma mudança de estado físico em um corpo.

Q  m.L

Que nte

Frio

calor (Perde Energia!) (Ganha Energia!)

1

Prof. Ronaldo Ayres 2)A energia contida nos alimentos

Como eles estão isolados, podemos dizer que:

QCEDIDO  Q RECEBIDO Calor Recebido => Positivo Calor Cedido => Negativo

Q RECEBIDOQCEDIDO  0

Para determinar o valor energético de um alimento, podemos queimar certa quantidade desse produto e, com o calor liberado, aquecer determinada massa de água. Em seguida, mede-se a variação de temperatura sofrida pela água depois que todo o produto foi queimado, e determina-se a quantidade de energia liberada na queima do alimento. Essa é a energia que tal alimento nos fornece se for ingerido. No rótulo de um pacote de castanha de caju, está impressa a tabela a seguir, com informações nutricionais sobre o produto. INFORMAÇÃO NUTRICIONAL Porção 15 g Quantidade por porção 90 kcal Valor energético

Exercícios:

Carboidratos

4,2 g

Proteínas

3g

1) No anúncio promocional de um ferro de passar

Gorduras totais

7,3 g

roupas a vapor, é explicado que, em funcionamento, o

Gorduras saturadas

1,5 g

aparelho borrifa constantemente 20 g de vapor de água

Gordura trans

0g

Fibra alimentar

1g

a cada minuto, o que torna mais fácil o ato de passar roupas. Além dessa explicação, o anúncio informa que a potência do aparelho é de 1 440 W e que sua tensão de funcionamento é de 110 V. Da energia utilizada pelo ferro de passar roupas, uma parte é empregada na transformação constante de água líquida em vapor de água. A potência dissipada pelo ferro para essa finalidade é, em watts,Adote: • temperatura inicial da água: 25°C • temperatura de mudança da fase líquida para o vapor: 100°C • temperatura do vapor de água obtido: 100°C • calor específico da água: 1 cal/(g °C) • calor latente de vaporização da água: 540 cal/g • 1 cal = 4,2 J a) 861. b) 463. c) 205. d) 180. e) 105.

45 g Sódio Considere que 150 g de castanha tenham sido queimados e que determinada massa m de água, submetida à chama dessa combustão, tenha sido aquecida de 15 C para 87 C. Sabendo que o calor específico da água líquida é igual a 1 cal (g  C) e que apenas 60% da energia liberada na combustão tenha efetivamente sido utilizada para aquecer a água, é correto afirmar que a massa m, em gramas, de água aquecida era igual a:

a) 10 000. b) 5 000. c) 12500. d) 7 500. e) 2500.

3) Um líquido é aquecido através de uma fonte térmica que provê 50,0 cal por minuto. Observa-se que 200 g deste líquido se aquecem de 20,0 °C em 20,0 min. Qual é o calor específico do líquido, medido em cal/(g °C)? a) 0,0125 b) 0,25

2

Prof. Ronaldo Ayres c) 5,0 d) 2,5 e) 4,0

4. Adriana colocou 70 ml de café em uma xícara. Após tomar 20 ml do líquido, decidiu parar, pois o gosto não havia lhe agradado. O restante do café permaneceu na xícara exposto ao ambiente. Sabendo que o café sobressalente estava inicialmente a 75 °C, determine o módulo da quantidade de calor perdida pelo líquido para que a sua temperatura atingisse um valor correspondente a 25 °C. Dados: Calor específico do café = 1 cal/g.°C; densidade do café = 1 g/cm3.

a) 2 Kcal b) 2,5 Kcal c) 3 Kcal d) 1,5 Kcal e) 1 Kcal 5. (Fatec) Um chuveiro elétrico de potência 4200 W é usado para aquecer 100 g de água por segundo em regime permanente. O calor específico da água é c = 4,2 J/g.°C. Despreze a possível perda de calor para o ambiente. Se a temperatura de entrada da água no chuveiro é de 23°C, sua temperatura de saída é de: a) 28 °C b) 33 °C c) 38 °C d) 41 °C e) 45 °C 6. A embalagem de um produto alimentício traz a informação de que a quantidade de calorias existentes em uma porção de 240 ml

de seu conteúdo é 150 Kcal. Qual seria a variação de temperatura de 30 kg de água se toda a energia disponível em 1200 ml desse determinado alimento fosse completamente utilizada para aquecê-la? DADOS: 1 Kcal = 4,0 kJ; calor específico da água: 4 KJ/kg °C a) 25 °C b) 30 °C c) 15 °C d) 10 °C e) 5 °C GABARITO: 1)[A] Dados: 1 cal = 4,2 J; θ0  25C; θ  100C; c = 1 cal/g°C = 4,2 J/g°C; LV = 540 cal/g= 2.268 J/g; m = 20 g; Δt = 1 min = 60 s.

O calor total fornecido à massa de água é a soma do calor sensível com o calor latente. Q  Q S  Q L  Q  m c Δθ  m L V  Q  20  4,2 100 

Q  51.660 J.

Da expressão da potência térmica: Q 51.660 P  P  t 60

P  861 W.

2) [D] Em 150 g de castanha temos 10 porções. Portanto, da tabela, a energia liberada nessa queima é: E  10  90  900 kcal  E  900.000 cal.

Como somente 60% dessa energia são usados no aquecimento da água, aplicando a equação do calor sensível, temos:

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5. Q  m c Δθ  0,6 E  m c Δθ  m 

0,6 E 0,6  900.000   c Δθ 1  87  15 

m  7.500 g.

3) [B] P

Q mcΔθ P.Δt 50x20  c    0,25cal / (gC) Δt Δt m.Δθ 200x20

Gabarito: b

6.

4.

Gabarito: a

Gabarito: b

4