Vimos que quando cedemos calor a um corpo, este aumentará sua tem temperatura. Porém esse calor pode ser utilizado para não aumentar a temperatura e sim para modificar o estado físico do corpo. Tal calor é denominado calor latente . A mudança de estado pode ser:
O calor latente de mudança de estado de uma substância é igual à quantidade o calor que devemos ceder ou retirar de um grama da substância para que ela mude de estado. Q = mL em que: L é o calor latente da substância. A quantidade de calor latente L pode ser positiva ou negativa conforme o corpo receba ou ceda calor. Em nosso curso adotaremos: Calor latente de fusão do gelo (a 0ºC) L f = 80cal/g Calor latente de solidificação da água (a 0ºC) L s = -80cal/g Calor latente de vaporização da água (a 100ºC) L v = 540cal/g Calor latente de condensação do vapor (a 100ºC) L c = -540cal/g Exemplo 1: Um bloco de gelo de massa 600 gramas encontra-se a 0ºC. Determinar a quantidade de calor que se deve fornecer a essa massa para que se transforme totalmente em água a 0ºC. Dado L f = 80 cal/g Q = m L s Þ Q = 600 . 80 Q = 48000cal Q = 48kcal Resposta: Devemos fornecer 48kcal. - Propagação do calor: Para o calor ser transmitido temos os seguintes processos: - Condução : A condução é um processo de transmissão de calor que ocorre, por exemplo, através de uma barra metálica.
Neste processo, os átomos do metal que estão em contato coma fonte térmica recebem calor desta fonte e aumentam sua agitação térmica. Devido a isto, colidem com os átomos vizinhos, transmitindo-lhes agitação térmica. Assim, de partícula para partícula,a energia térmica flui ao longo da barra,aquecendo-a por inteiro.
Portanto condução é o processo de transmissão de calor de partícula para partícula. Obs. As partículas apenas aumentam a vibração. Elas não se deslocam. - Convecção : A convecção é uma forma de transmissão de calor que ocorrem fluidos,ou seja,em líquidos ou gases, porém, juntamente com transporte de matéria. Por exemplo, o ar quente é menos denso que o ar frio, portanto ele tende a subir devido a pressão. Ex.: Congelador na parte de cima da geladeira.
OBS.: Recipientes adiabáticos são aqueles que não deixam o calor se propagar. Ex.: garrafa térmica, isopor, etc. (Olimpíada Brasileira de Física-2000) – Dispõe-se de 2 copos contendo iguais quantidades de água à temperatura ambiente. Em cada um dos copos coloca-se uma pedra de gelo de mesma massa: num deles o gelo é colocado flutuando livremente e o outro o gelo é preso no fundo do copo por uma rede de plástico. Deixam-se os copos em repouso. Pode-se afirmar que: • As duas pedras de gelo vão derreter ao mesmo tempo. • A pedra de gelo contida no fundo do copo derreterá mais rapidamente que a outra. • Nos dois casos, as pedras de gelo pararão de derreter quando a temperatura da mistura atingir 4ºC. • A pedra de gelo que flutuava derreterá mais rápido que a pedra contida no fundo do copo. • Certamente a temperatura final nos dois corpos será de 0ºC. - Radiação ou Irradiação : É uma forma de transmissão de calor através de ondas eletromagnéticas.Dois corpos em temperatura diferentes tendem ao equilíbrio térmico, mesmo que entre eles não haja nenhum meio material. Ex.: Sol esquentando a Terra (existe vácuo entre eles).
Estufa: Numa estufa, a radiação luminosa do sol atravessa o vidro e é absorvida pelos objetos que estão no interior, aquecendo-os. Em seguida,os objetos emitem radiação do infravermelho, mas este é barrado pelo vidro. Assim, é pelo fato de o vidro ser transparente à radiação luminosa e opaco ao infravermelho que as estufas conservam uma temperatura superior à do meio externo. (O mesmo fenômeno ocorre quando um automóvel, com os vidros fechados, fica exposto ao sol.) Efeito Estufa: De dia a radiação solar aquece a Terra, que, à noite, é resfriada pela emissão da radiação do infravermelho. Esse resfriamento é prejudicado quando há excesso de gás ;carbônico (CO 2 ) na atmosfera, pois o CO 2 é transparente à luz, mas opaco ao infravermelho. Nos últimos anos,a quantidade de gás carbônico na atmosfera tem aumentado ;consideravelmente em razão da queima de combustíveis fósseis (petróleo e carvão). Se essa demanda continuar crescendo no ritmo atual,em meados do século XXI a quantidade de CO 2 na atmosfera, além de trazer outras conseqüência drásticas, provocará um aumento da temperatura média da Terra, que hoje está em torno de 18ºC. Tal aquecimento poderá provocar o derretimento de parte do gelo acumulado nos pólos e elevar o nível do mar em algumas dezenas de metros.
- Princípio da igualdade das trocas de calor: Quando dois ou mais corpos com temperaturas diferentes são colocados próximos um do outro ou em contato, eles trocam calor entre si até atingir o equilíbrio térmico. Se o sistema não trocar energia com o ambiente, isto é, for termicamente isolado, teremos:
Note que a quantidade de calor recebida por A é igual, em valor absoluto, à quantidade de calor recebida por B. Se tivermos n corpos, teremos: Q 1 + Q 2 + Q 3 + ... Q n = 0 A quantidade de calor recebida por uns é igual à quantidade de calor cedida pelos outros. Quando colocamos água quente em um recipiente, a água perde calor e o recipiente ganha até que a água e o recipiente fiquem com a mesma temperatura, isto é, até que atinjam o equilíbrio térmico. Se não houvesse troca de calor com a ambiente, a quantidade de calor cedida pela água deveria ser igual à quantidade de calor recebida pelo recipiente. Havendo troca de calor com o ambiente, a quantidade de calor cedida pela água é igual à soma das quantidades de calor absorvidas pelo recipiente e pelo ambiente. Os recipientes utilizados para estudar a troca de calor entre dois ou mais corpos são denominados calorímetros.
Os calorímetros não permitem perdas de calor para o meio externo, isto é, são recipientes termicamente isolados.
Exemplo 1: Colocam-se 800g de ferro a 90ºC em um recipiente contendo 600 gramas de água a 18ºC. Sabendo-se que o calor absorvido pelo recipiente, calcular a temperatura do equilíbrio térmico.
Resolução:
Formando a tabela:
Massa (m)
Calor Específico (c)
Temperatura Final (tf)
Temperatura Inicial (ti)
Ferro
800
0,114
t
90
Água
600
1
t
18Q ferro + Q água = 0 mc (t f - t i ) + mc (t f - t i ) = 0 800 . 0,114 (t - 90) + 600 . 1(t - 18) = 0 91,2t - 8208 + 600t - 10800 = 0 691,2t = 19008 t = 27,5ºC
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