SEMANA 3 ATIVIDADE 3

TROCA DE CALOR

A troca de calor ocorre quando dois ou mais corpos tem valores de temperaturas diferentes e entram em contato isolado meio externo, depois de certo longo período de tempo, alcançam o equilíbrio térmico.

O sistema isolado é o que denominamos de calorímetro. Um sistema fechado que impossibilita a troca de calor do sistema com o meio.

As trocas de calor acontecem porque o calor é a energia em transito nos corpos, ocasionando a troca, fato que acontece até que haja o equilíbrio térmico entre ambos. Esse processo acontece porque os corpos tendem a buscar um equilíbrio energético por isso algum deles sempre cede e outro recebe calor.

A troca de energia entre os corpos se dá com mesmo módulo entre os dois corpos, ou seja, um cede "x" e outro recebe esse "x" porém apresenta sinais contrários, ou seja, o corpo que recebe calor é positivo e o corpo que cede (perde) calor é negativo.

A representação matemática para esse fato é:

QA = - QB

Ou:

QA + QB = 0

Onde:
QA = quantidade de calor recebida
-QB = quantidade de calor perdido

A seguir, observe a troca de calor que acontece com a água até chegar ao equilíbrio térmico, conhecido popularmente como água morna.

Transferência de calor entre corpos com temperaturas diferentes.

Corpos em Equilíbrio Térmico

Podemos definir, com esses exemplos, que quando ocorre a troca de calor entre os corpos, a soma da quantidade do calor trocado por ambos é zero, ou seja, é nula.

Agora que sabe como ocorre processo troca de calor assista o vídeo e fique atento para fazer atividade 3:

Atividade 3 

1) O vídeo anterior fala sobre sensação térmica e mostra uma forma de medir um de seus parâmetros. Esse parâmetro importante para sensação térmica é a chamada "umidade relativa do ar" com base no conteúdo estudado no vídeo diga porque em um ambiente muito úmido a sensação térmica é maior?

2) Em dias muitos quentes quais recomendações para se manter com sensação térmica mais baixa?

Exercícios de Aplicação

1) (ULBRA-RS) Dois corpos materiais, quando postos em contato, trocam calor entre si, até atingir o equilíbrio térmico. Quando isso acontece, eles passam a ter iguais:

 a) capacidades térmicas; b) massas; c) temperatura; d) calores específicos; e) quantidade de calor.

 2) (UEPG-PR) Dois corpos em equilíbrio térmico recebem quantidades iguais de calor e, em função disso, sofrem variações iguais na temperatura. A partir desses dados, podemos concluir que:
 a) os corpos têm massas iguais;
 b) os corpos têm a mesma capacidade térmica;
 c) os corpos têm o mesmo calor específico;
 d) os corpos têm a mesma densidade;
 e) os corpos têm densidades diferentes.

 3) (UEM-PR) Um corpo quente é colocado em contato com outro corpo frio e, até atingirem o equilíbrio térmico, suas temperaturas variam igualmente. Para que essa mudança ocorra, é necessário que ( some a numeração dos itens que são VERDADEIROS):

01- haja transferência de temperatura de um corpo para outro;
02- haja transferência de calor de um corpo para outro;
04- as massas dos corpos sejam iguais; 
08- os calores específicos  dos corpos sejam iguais; 
16- as capacidades térmicas dos corpos sejam iguais.

Calor Sensível X Calor de Transformação (Latente)

Calor sensível e calor latente são grandezas físicas que descrevem a quantidade de calor que se precisa adicionar ou remover de uma substância para que ela sofra alguma variação térmica. Veja a seguir suas definições.

Calor sensível é a quantidade de calor necessária para que uma unidade de massa de uma substância altere sua temperatura em 1 grau. Essa denominação só é dada para o caso em que o calor recebido apenas altera a temperatura do material, permanecendo este no mesmo estado de agregação.

Um exemplo desse tipo de situação é um pedaço de metal que se aquece quando é colocado próximo ao fogo, porém continua no estado sólido.

O calor sensível, também chamado por calor específico sensível, é representado pela letra c e depende do tipo de material e do seu estado de agregação. Por exemplo:

Para a água no estado líquido, temos: c = 1 cal/ g . ºC. Isso significa que é necessário fornecer 1 cal para que 1g de água aumente sua temperatura em 1º Celsius ou que é necessário retirar 1 cal para que a temperatura diminua em 1º Celsius.

Mas para a água em estado sólido, essa quantidade já é c = 0,5 cal/ g.ºC.

A equação utilizada para calcular o calor sensível de um material é:

Q = m . c . Δθ

Sendo:

Q — quantidade de calor;

m — massa da substância;

c — calor específico da substância;

Δθ — Variação de temperatura.

A definição de calor sensível está relacionada também com o conceito de Capacidade térmica, que corresponde à quantidade de calor que a massa total de um corpo precisa receber ou perder para que sua temperatura varie 1ºC.

A capacidade térmica (C) é dada por:

C = m . c

Sendo:

C – Capacidade térmica;

m – massa do objeto;

c – calor específico.

Já o calor de transformação ou latente, representado pela letra L, é a quantidade de calor que, ao ser fornecida ou retirada de um corpo, não altera sua temperatura, mas causa mudança em seu estado de agregação. Ele informa a quantidade de calor por unidade de massa que é necessário fornecer ou retirar de um objeto para mudar o seu estado de agregação.

Observamos esse fenômeno no derreter do gelo, em que é possível ver a água no estado sólido e líquido à mesma temperatura. O calor que está sendo fornecido para a substância é revertido totalmente para a mudança de fase, e não para o aumento da temperatura.

O calor latente é calculado com a expressão:

Q = m . L

Sendo que:

Q – Quantidade de calor;

m – Massa da substância;

L – Calor latente.

Se a substância recebe calor para alterar seu estado, que é o que ocorre na fusão e na vaporização, então o valor de L é positivo. Mas se a substância perde calor, L é negativo, sendo o que ocorre na solidificação e liquefação.

Exercícios de Aplicação sobre Trocas de Calor

1) (FIEB-SP) O copo interno de um calorímetro é feito de alumínio e tem massa de 30 g. Em seu interior, onde há 150 g de água pura à temperatura de 20 ºC, são despejados 200 g de bolinhas de aço que se encontram inicialmente à temperatura de 60 ºC. Sabendo que o calor específico do alumínio é 0,2 cal/g.ºC, o da água, 1 cal/g.ºC, e a temperatura de equilíbrio térmico do conjunto igual a 25 ºC, o calor específico do aço e a quantidade de calor trocada pelas bolinhas de aço com o sistema têm valores, respectivos e aproximadamente, iguais a

a) 0,11 cal/g.ºC e 770 cal, cedidas.

b) 0,11 cal/g.ºC e 770 cal, recebidas.

c) 0,55 cal/g.ºC e 890 cal, cedidas.

d) 0,55 cal/g.ºC e 890 cal, recebidas.

e) 0,88 cal/g.ºC e 780 cal, cedidas.

2) Em um calorímetro de capacidade térmica desprezível, foram misturados 200 g de água, inicialmente a 20 °C, e 400 g de ouro, inicialmente a 80°C. Sabendo que os calores específicos da água e do ouro são, respectivamente, 1 cal/g°C e 0,03 cal/g°C. Determine a temperatura final aproximada da mistura.

a) 24°C

b) 23°C

c) 38°C

d) 28°C

e) 36°C

BONS ESTUDOS!