Apostila01_2c_Paies_Aula05 Termologia
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AULA 05<br />
TERMOMETRIA E CALORIMETRIA<br />
1- TEMPERATURA<br />
Todos os corpos são constituídos de partículas, a olho<br />
nu nos parece que essas partículas estão em repouso,<br />
porém as mesmas têm movimento. Quanto mais<br />
agitadas elas estiverem maior será a temperatura do<br />
corpo, portanto, definimos temperatura de um corpo<br />
como sendo a energia cinética média de suas partículas.<br />
2- ESCALAS TERMOMÉTRICAS<br />
C −0 F −32<br />
C F −32<br />
= ⇒ =<br />
100 − 0 212 −32<br />
100 180<br />
− 32<br />
=<br />
5 9<br />
F C<br />
Esta equação transforma indicação de temperatura na<br />
escala Celsius em indicação de temperatura na escala<br />
Fahrenheit.<br />
C − 0 K − 273 C K − 273<br />
= ⇒ =<br />
100 − 0 373 − 273 100 100<br />
C = K − 273<br />
3- CALOR<br />
Os corpos A e B da figura são colocados em contato e<br />
espontaneamente há passagem de energia térmica do<br />
corpo de maior temperatura (A) para o de menor<br />
temperatura (B), assim sendo, a temperatura do corpo A<br />
diminui e a temperatura do corpo B aumenta, até que as<br />
duas se igualem, neste momento dizemos que os corpos<br />
atingiram o equilíbrio térmico. A energia térmica<br />
transferida de A para B recebe durante a transferência o<br />
nome de calor. Portanto:<br />
CALOR É ENERGIA TÉRMICA EM<br />
TRÂNSITO DE UM CORPO PARA<br />
OUTRO, DEVIDO A UMA DIFERENÇA<br />
DE TEMPERATURA.<br />
4- CALOR SENSÍVEL E LATENTE<br />
Observe a figura e perceba que inicialmente temos gelo<br />
a –10 ºC e quando fornecemos uma quantidade de calor<br />
QS sua temperatura aumenta até 0 ºC sem derretimento<br />
do mesmo e quando fornecemos uma quantidade de<br />
calor QL há derretimento do gelo sem alterar a sua<br />
temperatura.<br />
Chamamos QS de calor sensível. Calor sensível é o<br />
responsável pelo aquecimento ou resfriamento das<br />
substâncias. Toda vez que houver uma variação de<br />
temperatura num corpo este ganha ou perde calor<br />
sensível.<br />
Chamamos QL de calor latente. Calor latente é o<br />
responsável apenas pela mudança de estado das<br />
substâncias.<br />
5- CAPACIDADE TÉRMICA (C)<br />
A capacidade térmica de um corpo é a medida de sua<br />
inércia térmica, ou seja, representa a tendência que os<br />
corpos têm em manter sua temperatura, ou a resistência<br />
à mudança de temperatura.<br />
A capacidade térmica de um corpo representa a<br />
quantidade de calor necessária para variar a temperatura<br />
de um corpo de uma unidade.<br />
Unidade: [ C]<br />
cal<br />
=<br />
º C<br />
=<br />
Δθ<br />
Q<br />
C<br />
6- CALOR ESPECÍFICO SENSÍVEL(c).<br />
O calor específico sensível de uma substância é a<br />
medida de sua inércia térmica, corresponde à capacidade<br />
térmica por unidade de massa dessa substância.<br />
C<br />
c<br />
=<br />
m<br />
Q<br />
=<br />
m Δθ
Substâncias que têm valor baixo de calor<br />
específico são substâncias que são aquecidas ou<br />
resfriadas rapidamente, a areia é um bom exemplo.<br />
Substâncias que têm valor alto de calor específico não<br />
são aquecidas ou resfriadas rapidamente, a água é uma<br />
das substâncias que têm um dos maiores valores de calor<br />
específico.<br />
Unidade: [ c]<br />
cal<br />
=<br />
gº<br />
C<br />
TABELA DE CALOR ESPECÍFICO<br />
Substância Calor específico<br />
Cal/gºC<br />
Acetona 0,52<br />
Alumínio 0,22<br />
Água 1,0<br />
Chumbo 0,031<br />
Cobre 0,092<br />
Concreto 0,2<br />
Ferro 0,11<br />
Latão 0,092<br />
Ouro 0,031<br />
Prata 0,056<br />
Vidro 0,2<br />
7- QUANTIDADE DE CALOR SENSÍVEL<br />
Quantidade de calor necessária para aquecermos ou<br />
resfriarmos de Δθ um corpo de massa m.<br />
Q = mc<br />
Δθ<br />
8- MUDANÇAS DE ESTADO<br />
A maioria das substâncias pode existir em três estados<br />
de agregação: sólido, líquido e gasoso.<br />
Fusão: mudança do estado sólido para o líquido.<br />
Solidificação: mudança do estado líquido para o sólido.<br />
Vaporização: mudança do estado líquido para o gasoso.<br />
Condensação: mudança do estado gasoso para o líquido.<br />
Sublimação: mudança do estado sólido para o gasoso ou<br />
vice versa sem passar pelo estado líquido.<br />
A fusão e a vaporização são transformações<br />
endotérmicas, isto é, ocorrem com ganho de calor.<br />
A solidificação e a condensação são exotérmicas,<br />
ocorrem com perda de calor.<br />
A temperatura durante a mudança de estado não varia,<br />
para uma dada pressão, por exemplo, a água sob pressão<br />
normal ferve a 100ºC e se fornecermos mais energia<br />
para essa água a sua temperatura não aumentará,<br />
permanecendo sempre a 100 ºC.<br />
A temperatura de mudança de estado das substâncias<br />
depende da pressão. A água ferve ao nível do mar a 100<br />
ºC, e numa panela de pressão a uma temperatura acima<br />
de 100 ºC.<br />
9- QUANTIDADE DE CALOR LATENTE<br />
Quantidade de calor necessária para mudar de estado<br />
físico um corpo de massa m.<br />
Na mudança de estado físico de uma certa quantidade<br />
(m) de uma substância verifica-se que a razão entre a<br />
quantidade de calor (Q) e a massa (m) é uma constante,<br />
denominada calor latente (L).<br />
Q = m L<br />
O calor latente (L) depende da substância e da mudança<br />
de estado.<br />
Tabela de Calor Latente (Pressão Normal)<br />
Substância Calor Latente<br />
de Fusão<br />
cal/g<br />
Calor Latente<br />
de vaporização<br />
cal/g<br />
Água 80 540<br />
Alumínio 95 2500<br />
Cobre 49 1200<br />
Ferro 65 1600<br />
Chumbo 6,8 200<br />
Prata 24 560<br />
10- SISTEMA TÉRMICO ISOLADO<br />
Quando dois ou mais corpos com temperaturas<br />
diferentes, são misturados, num recipiente isolado<br />
termicamente, chamados de calorímetros, há trocas de<br />
calor entre os corpos até ser atingido o equilíbrio<br />
térmico. Durante o processo temos:<br />
∑Q cedido ∑ Qrecebido<br />
=<br />
+ 0<br />
EXERCÍCIOS DE AULA<br />
Assinale V para verdadeiro e F para falso as questões à<br />
seguir:<br />
QUESTÃO 01<br />
1. Hoje, define-se temperatura como uma medida<br />
do grau de agitação térmica das moléculas do<br />
sistema.
2. Dois ou mais sistemas estão em equilíbrio<br />
térmico, quando apresentam temperaturas<br />
diferentes.<br />
3. Termômetro é um aparelho que permite medir<br />
diretamente a temperatura de um corpo.<br />
4. Função termométrica de um termômetro é<br />
expressão que relaciona os valores da grandeza<br />
termométrica com os valores da temperatura.<br />
5. As variações de temperatura nas escalas<br />
Celsius (ΔtC) e Fahrenheit (ΔtF) relacionam-se<br />
por<br />
ΔtC<br />
Δt<br />
=<br />
5 9<br />
F<br />
.<br />
QUESTÃO 02<br />
1. As variações de temperatura nas escalas<br />
Celsius e Kelvin são iguais.<br />
2. O zero absoluto é o estado térmico em que<br />
todas as moléculas estão desprovidas de<br />
energia e, portanto, em repouso.<br />
3. A equação<br />
T<br />
C<br />
5<br />
− 32<br />
=<br />
9<br />
F T<br />
é uma relação<br />
entre as temperaturas na escala Celsius e<br />
Fahrenheit.<br />
4. Calor é a energia que se transfere de um corpo<br />
para outro quando entre os corpos há uma<br />
diferença de temperatura.<br />
5. Dois corpos que estejam em equilíbrio térmico<br />
com um terceiro estão em equilíbrio térmico<br />
entre si.<br />
QUESTÃO 03<br />
1. A cor vermelha brilhante está sempre associada<br />
a altas temperaturas, como as lavas de um<br />
vulcão. De fato, a cor da lava, assim como a<br />
cor da chama de uma fogueira, está relacionada<br />
à temperatura da radiação correspondente.<br />
Dentro do espectro visível , as temperaturas<br />
mais altas da chama estão mais próxima do<br />
violeta do que do vermelho.<br />
2. A cor de uma irradiação é uma das formas de<br />
medir a temperatura.<br />
3. Uma pessoa com 104 ºF não está com febre.<br />
4. De acordo com o gráfico a água ferve a 190 ºX.<br />
5. Um corpo A sofre uma variação de temperatura<br />
de 1 ºC e um outro corpo B de 1 ºF, logo a<br />
variação de temperatura do corpo B é maior<br />
que a variação de temperatura do corpo A.<br />
QUESTÃO 04<br />
1. As quantidades de calor que recebidas ou<br />
cedidas por corpos de mesmo material e<br />
mesma massa são diretamente proporcionais à<br />
variação de temperatura.<br />
2. As quantidades de calor que recebidas ou<br />
cedidas por corpos de mesmo material em<br />
massas diferentes são inversamente<br />
proporcionais às massas para igual variação de<br />
temperatura.<br />
3. Dois corpos diferentes à mesma temperatura<br />
inicial, recebendo iguais quantidades de calor,<br />
atingem temperaturas diferentes.<br />
4. Uma caloria é a quantidade de calor necessária<br />
para elevar de 14,5 ºC à 15,5 ºC a temperatura<br />
de 1g de água no estado líquido.<br />
5. Um sistema é termicamente isolado se as suas<br />
fronteiras forem adiabáticas, isto é, não<br />
permitirem a passagem de calor através delas.<br />
QUESTÃO 05<br />
1. Um corpo pode receber calor sem alterar sua<br />
temperatura.<br />
2. Para medir a temperatura de uma pessoa<br />
devemos manter o termômetro em contato com<br />
ela durante um certo tempo para que o<br />
termômetro entre em equilíbrio térmico com a<br />
pessoa.<br />
3. Se um corpo recebe uma quantidade de calor<br />
ΔQ e sua temperatura de Δt, a capacidade<br />
térmica desse corpo é dada por<br />
C<br />
ΔQ<br />
= .<br />
Δt<br />
4. Corpos de um mesmo material e de massas<br />
iguais, têm capacidades térmicas diferentes.<br />
5. Capacidade térmica é uma característica do<br />
corpo e representa a inércia térmica do mesmo.<br />
QUESTÃO 06<br />
1. Calor específico sensível é característica de<br />
cada material e representa a inércia térmica<br />
desse material.<br />
2. Durante o dia a temperatura no deserto é muito<br />
elevada e durante a noite sofre uma grande<br />
redução. Isto ocorre em virtude do pequeno<br />
calor específico da areia.<br />
3. Quanto maior o calor específico de uma<br />
substância mais ela se aquece ao receber uma<br />
certa quantidade de calor.<br />
4. A quantidade de calor que absorvida ou<br />
liberada por um corpo de massa m e calor<br />
específico c, quando sua temperatura varia de<br />
Δt, pode ser calculada pela relação: Q = m.c.Δt.
QUESTÃO 07<br />
1. Um bloco metálico está inicialmente a uma<br />
temperatura de 20ºC. Recebendo uma<br />
quantidade de calor de 330cal, sua temperatura<br />
se eleva à 50ºC, logo o valor de sua capacidade<br />
térmica é de 11cal/ºC, que significa que<br />
devemos fornecer ao bloco 11cal para cada 1ºC<br />
de elevação de sua temperatura.<br />
2. A energia responsável em alterar a temperatura<br />
de um corpo é chamada de calor sensível.<br />
3. A energia responsável em alterar o estado<br />
físico de uma substância é chamada de calor<br />
latente.<br />
4. Ao nível do mar, se fornecermos energia<br />
térmica a um bloco de gelo a –10ºC, este<br />
imediatamente começa a derreter.<br />
5. Quando o gelo se derrete, verifica-se que ele<br />
deve receber por grama, 80cal, mantendo-se à<br />
temperatura constante em 0ºC, essa quantidade<br />
(80cal/g) é denominada calor latente de fusão<br />
do gelo.<br />
QUESTÃO 08<br />
(FUVEST-SP) Quantas calorias são necessárias para<br />
aquecer 200 L de água, de 15°C a 60°C?<br />
Dados: densidade da água = 1 kg/L e calor específico da<br />
água = 1 cal/g°C. Qual a potência necessária para<br />
realizar essa operação em 3 horas? Considere 1 cal = 4,2<br />
J.<br />
a) 9.10 2 cal e 3,2kW<br />
b) 9.10 4 cal e 3,4kW<br />
c) 9.10 6 cal e 3,5kW<br />
d) 9.10 7 cal e 3,6kW<br />
e) 9.10 8 cal e 3,7kW<br />
QUESTÃO 09<br />
(ITA) Num dia de calor, em que a temperatura ambiente<br />
era de 30°C, João pegou um copo com volume de 200<br />
cm 3 de refrigerante à temperatura ambiente e mergulhou<br />
nele dois cubos de gelo de massa 15 g cada um. Se o<br />
gelo estava à temperatura de - 4°C e derreteu-se por<br />
completo e supondo que o refrigerante tem o mesmo<br />
calor específico que a água, a temperatura final da<br />
bebida de João ficou sendo aproximadamente de:<br />
a) 16ºC<br />
b) 25ºC<br />
c) 0ºC<br />
d) 12ºC<br />
e) 20ºC<br />
QUESTÃO 10<br />
(UFMG) O gráfico a seguir mostra como variam as<br />
temperaturas de dois corpos, A e B, cada um de massa<br />
igual a 100 g, em função da quantidade de calor<br />
absorvida por ele. Os calores específicos dos corpos A<br />
(cA) e B (cB) são respectivamente:<br />
a) cA = 0,10 cal/g°C e cB = 0,30 cal/g°C<br />
b) cA = 0,067 cal/g°C e cB = 0,20 cal/g°C<br />
c) cA = 0,20 cal/g°C e cB = 0,60 cal/g°C<br />
d) cA = 10 cal/g°C e cB = 30 cal/g°C<br />
e) cA = 5,0 cal/g°C e cB = 1,7 cal/g°C<br />
QUESTÃO 11<br />
(MACK) Na presença de uma fonte térmica de potência<br />
constante, certa massa de água (c = 1 cal/g °C) sofreu<br />
um acréscimo de temperatura durante certo intervalo de<br />
tempo. Para que um líquido desconhecido, de massa<br />
12,5 vezes maior que a da água, sofra o dobro do<br />
acréscimo de temperatura sofrido por ela, foi necessário<br />
o uso da mesma fonte durante um intervalo de tempo 6<br />
vezes maior. Nessas condições, o calor específico do<br />
líquido, em cal/g °C, é:<br />
a) 0,24<br />
b) 0,23<br />
c) 0,22<br />
d) 0,21<br />
e) 0,20
QUESTÃO 12<br />
(Cesgranrio) Num determinado equipamento industrial,<br />
um líquido de calor específico 0,50 cal/g °C, entra a<br />
20 °C e sai a 80 °C. Se a vazão desse líquido no<br />
equipamento é de 50 kg/min, a potência térmica é, em<br />
kcal/min, de:<br />
a) 2,0 x 10 2<br />
b) 4,0 x 10 2<br />
c) 1,0 x 10 3<br />
d) 1,5 x 10 3<br />
e) 2,0 x 10 3<br />
QUESTÃO 13<br />
(PUC) Uma barra de alumínio, inicialmente a 20 °C,<br />
tem, nessa temperatura, uma densidade linear de massa<br />
igual a 2,8 x 10 -3 g/mm. A barra é aquecida sofrendo<br />
uma variação de comprimento de 3 mm. Sabe-se que o<br />
alumínio tem coeficiente de dilatação linear térmica<br />
igual a 2,4 x 10 -5 °C -1 e seu calor específico é de 0,2<br />
cal/g °C. A quantidade de calor absorvida pela barra é:<br />
a) 35 cal<br />
b) 70 cal<br />
c) 90 cal<br />
d) 140 cal<br />
e) 500 cal<br />
QUESTÃO 14<br />
(MACK) Sabendo que uma caixa de fósforo possui em<br />
média 40 palitos e que cada um destes palitos, após sua<br />
queima total, libera cerca de 85 cal, para podermos<br />
fundir totalmente um cubo de gelo de 40 g, inicialmente<br />
a -10 °C, sob pressão normal, simplesmente com a<br />
queima de palitos de fósforos, devemos utilizar um<br />
mínimo de: Dados: cgelo= 0,5 cal/g °C; Lf = 80 cal/g;<br />
cágua= 1,0 cal/g °C<br />
a) 34 caixas<br />
b) 8,5 caixas<br />
c) 3,4 caixas<br />
d) 2 caixas<br />
e) 1 caixa<br />
QUESTÃO15<br />
(Cesesp-SP) Um revólver dispara uma bala de chumbo<br />
de massa igual a 10 g e velocidade de 250 m/s contra<br />
um bloco de madeira cuja massa, comparada à da bala, é<br />
praticamente infinita. Suponha que toda a energia<br />
cinética da bala foi transformada em energia calorífica e<br />
que esta energia foi utilizada exclusivamente para<br />
aquecer a bala. Nestas condições, pode-se concluir que a<br />
variação de temperatura sofrida pelo projétil foi, em ºC,<br />
aproximadamente:<br />
Dados: Cpb = 0,031 cal/g °C; 1 cal = 4,18 J<br />
a) 251<br />
b) 231<br />
c) 221<br />
d) 261<br />
e) 241<br />
QUESTÃO 16<br />
(F.C.Chagas_BA) Num calorímetro colocam-se 80,0 g<br />
de água a 50,0 °C, 20,0 g de água a 30,0 °C e um pedaço<br />
de cobre, à temperatura de 100,0 °C. O calor específico<br />
da água é constante e igual a 1,0 cal/g °C. O pedaço de<br />
cobre tem capacidade térmica igual a 2,0 cal/ °C.<br />
Desprezando-se as trocas de calor tanto entre o<br />
calorímetro e o exterior como entre o calorímetro e a<br />
mistura, qual será, aproximadamente, o valor da<br />
temperatura da mistura, em graus Celsius, quando esta<br />
estiver em equilíbrio térmico?<br />
a) 46,0<br />
b) 47,1<br />
c) 60,0<br />
d) 70,0<br />
e) 80,0<br />
QUESTÃO17<br />
(MACK) Quando um corpo recebe calor:<br />
a) sua temperatura necessariamente se eleva.<br />
b) Sua capacidade térmica diminui.<br />
c) O calor específico da substância que o<br />
constitui aumenta.<br />
d) Pode eventualmente mudar seu estado de<br />
agregação.<br />
e) Seu volume obrigatoriamente aumenta.<br />
QUESTÃO 18<br />
(FEI) Para se determinar o calor específico do ferro, um<br />
aluno misturou em um calorímetro ideal 200 g de água a<br />
18°C com 50 g de ferro a 100°C e obteve a temperatura
final da mistura = 20°C. Qual é o calor específico do<br />
ferro?<br />
a) 0,05 cal/g°C<br />
b) 0,08 cal/g°C<br />
c) 0,10 cal/g°C<br />
d) 0,25 cal/g°C<br />
e) 0,40 cal/g°C<br />
QUESTÃO19<br />
(MACK) O carvão, ao queimar, libera 6000 cal por<br />
grama. Queimando 70 g desse carvão, 20% do calor<br />
liberado é usado para aquecer de 15 °C, 8 kg de um<br />
líquido. Não havendo mudança do estado de agregação,<br />
podemos afirmar que o calor específico desse líquido é:<br />
a) 0,8 cal/g °C<br />
b) 0,7 cal/g °C<br />
c) 0,6 cal/g °C<br />
d) 0,4 cal/g °C<br />
e) 0,2 cal/g °C<br />
QUESTÃO 20<br />
(VUNESP) Um bloco de certa liga metálica, de massa<br />
250 g, é transferido de uma vasilha, que contém água<br />
fervendo em condições normais de pressão, para um<br />
calorímetro contendo 400 g de água à temperatura de<br />
10°C. Após certo tempo, a temperatura no calorímetro<br />
se estabiliza em 20°C. Supondo que toda a quantidade<br />
de calor cedida pela liga tenha sido absorvida pela água<br />
do calorímetro, pode-se dizer que a razão entre o calor<br />
específico da água e o calor específico da liga metálica é<br />
igual a:<br />
a) 1<br />
b) 2<br />
c) 3<br />
d) 4<br />
e) 5<br />
QUESTÃO 21<br />
(FUVEST-SP) Colocam-se 50 g de gelo a 0 o C em 100 g<br />
de água. Após certo tempo verifica-se que existem 30 g<br />
de gelo boiando na água e em equilíbrio térmico.<br />
Admitindo-se que não ocorreu troca de calor com o<br />
ambiente e que o calor de fusão do gelo é 80 cal/g. A<br />
temperatura final da mistura é:<br />
a) 0ºC<br />
b) 1ºC<br />
c) 2ºC<br />
d) 3ºC<br />
e) 4ºC<br />
QUESTÃO22<br />
(FUVEST-SP) Colocam-se 50 g de gelo a 0 o C em 100 g<br />
de água. Após certo tempo verifica-se que existem 30 g<br />
de gelo boiando na água e em equilíbrio térmico.<br />
Admitindo-se que não ocorreu troca de calor com o<br />
ambiente e que o calor de fusão do gelo é 80 cal/g. A<br />
temperatura inicial da água é:<br />
a) 14ºC<br />
b) 15ºC<br />
c) 16ºC<br />
d) 17ºC<br />
e) 18ºC<br />
GABARITO<br />
1 2 3 4 5<br />
VFVVV VVVVV VVFVF VFVVV VVVFV<br />
6 7 8 9 10<br />
VVVFV VVVFV C A A<br />
11 12 13 14 15<br />
A D B E E<br />
16 17 18 19 20<br />
B C C B E<br />
21 22<br />
A C