Notas de aula – Física II; Profs Ricardo e Amauri Calor e Primeira Lei 1 CALOR E PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA Calor – é a energia transferida de um corpo para outro em virtude, basicamente, de uma diferença de temperatura. 1 – Capacidade Calorífica e Calor Específico A quantidade de calor necessária para alterar a temperatura de um corpo de massa m é dada pela seguinte equação: Q = m c T , (1) onde c é o calor específico e T é a variação de temperatura sofrida pelo corpo. A unidade de calor é o Joule (SI), representada pela letra J. Da Eq. (1) podemos concluir que o calor Q é negativo se o corpo esfria ou positivo se aquece. Para isto é necessário que calor saia do corpo ou entre nele. A capacidade calorífica, que significa a quantidade necessária de calor para elevar de um grau a temperatura do corpo, é definida da seguinte maneira: C = m c. (2) Levando (2) em (1), obtemos que Q = CT. A unidade de capacidade calorífica é J/K ou J/°C. O calor específico, por outro lado, é J/kg.K. Em muitos livros é comum a utilização da caloria (cal) como unidade de medida para o calor. 1 cal = 4,184 J. Por último temos a capacidade calorífica por mol, denominada de Capacidade Calorífica Molar, definida da seguinte maneira: C m = M c , (3) onde M é a massa molecular da substância. Sendo c agua > c areia , explique porque durante o dia o vento vem do oceano para o continente e a noite faz o caminho inverso. A Tabela 1 mostra algumas substâncias com seus respectivos calores específicos. Substância c (kJ/kg.K) Substância c (kJ/kg.K) Alumínio 0,900 Prata 0,233 Chumbo 0,128 Tungstênio 0,134 Cobre 0,386 Água 4,18 Gelo 2,05 Álcool etílico 2,4 Ouro 0,126 Mercúrio 0,14
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Notas de aula – Física II; Profs Ricardo e Amauri
Calor e Primeira Lei 1
CALOR E PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA
Calor – é a energia transferida de um corpo para outro em virtude, basicamente, de uma
diferença de temperatura.
1 – Capacidade Calorífica e Calor Específico
A quantidade de calor necessária para alterar a temperatura de um corpo de massa m é dada pela
seguinte equação:
Q = m c T , (1)
onde c é o calor específico e T é a variação de temperatura sofrida pelo corpo. A unidade de
calor é o Joule (SI), representada pela letra J.
Da Eq. (1) podemos concluir que o calor Q é negativo se o corpo esfria ou positivo se aquece.
Para isto é necessário que calor saia do corpo ou entre nele.
A capacidade calorífica, que significa a quantidade necessária de calor para elevar de um grau a
temperatura do corpo, é definida da seguinte maneira:
C = m c. (2)
Levando (2) em (1), obtemos que Q = CT.
A unidade de capacidade calorífica é J/K ou J/°C. O calor específico, por outro lado, é J/kg.K.
Em muitos livros é comum a utilização da caloria (cal) como unidade de medida para o calor.
1 cal = 4,184 J.
Por último temos a capacidade calorífica por mol, denominada de Capacidade Calorífica Molar,
definida da seguinte maneira:
Cm = M c , (3)
onde M é a massa molecular da substância.
Sendo cagua > careia, explique porque durante o dia o vento vem do oceano para o continente e a
noite faz o caminho inverso.
A Tabela 1 mostra algumas substâncias com seus respectivos calores específicos.
Substância c (kJ/kg.K) Substância c (kJ/kg.K)
Alumínio 0,900 Prata 0,233
Chumbo 0,128 Tungstênio 0,134
Cobre 0,386 Água 4,18
Gelo 2,05 Álcool etílico 2,4
Ouro 0,126 Mercúrio 0,14
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Calor e Primeira Lei 2
2 – Mudança de fase e calor latente.
Mudança de fase – é a mudança de um estado físico de uma substância. Nesta mudança, o corpo
não altera sua temperatura, pois toda energia recebida pelo corpo está sendo utilizada para
reordenar as moléculas que forma a substância.
O calor necessário para que ocorra a mudança de fase de uma substância de massa m é:
Qf, v =m.Lf, v. (5)
Lf e Lv é o calor latente relacionado com a fusão e de vaporização, respectivamente. Lembrando
que a vaporização pode ser lenta (evaporação pode ocorrer a temperatura mesmo abaixo de
100ºC) ou rápida (ebulição ocorre quando as bolhas são formadas no interior do líquido e quando
a pressão dessas fica maior que a atmosfera elas se expandem e estouram na superfície.
Calorímetro – é um equipamento utilizado para determinar o calor específico de uma
substância. Ele consiste simplesmente de um recipiente isolado termicamente.
Considere um corpo de massa m e temperatura inicial Ti. Este corpo é colocado num calorímetro
(Figura 1) de massa mc e temperatura inicial Tci contendo uma quantidade de água de massa ma a
uma temperatura inicial Tai. Vamos calcular a temperatura final que todos os corpos ficam após
atingir o equilíbrio termodinâmico considerando que Ti > Tci = Tai.
Fig. 1 – Corpo de massa m numa temperatura Ti é colocado dentro de um calorímetro com uma temperatura
menor. O corpo cederá calor ao calorímetro até que estes fiquem com uma temperatura final de equilíbrio Tf.
O calor que o corpo cede (adotado como negativo) a água e ao calorímetro até atingir a
temperatura final Tf é:
| Qced |= mc(Ti – Tf ). Veja que aqui utilizamos Ti – Tf para que o módulo do calor cedido seja
positivo.
Este calor é igual àquele que o sistema calorímetro + água recebe (calor positivo), ou seja:
Qrec = maca(Tf - Tai) + mccc(Tf - Tci).
Como |Qced| = Qrec, obtemos:
)()()( cifccaifaafi TTcmTTcmTTmc . (4)
Da Eq. (4) podemos obter o valor de c.
água
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Calor e Primeira Lei 3
Nota: Podemos dizer que Qrec + Qced = 0. Aqui podemos fazer sempre a temperatura final –
temperatura inicial. O resultado é também a equação (4). Mas cuidado. Faça o exemplo abaixo e
veja se você entendeu.
Exemplo 1: Calcule a temperatura final de equilíbrio quando 100 g de vapor a 120ºC é colocado
em 5 kg de água a 20ºC. Todo o sistema está isolado.
1º método: Qrec = | Qced|. O módulo de Qced se aplica a todos os termos do calor cedido.