A seguir estaremos postando um resumo, sobre Trocas de calor e Equilíbrio térmico, cujo tema foi selecionado em sala de aula, dividindo o assunto para os grupos. O nosso grupo (nº6) pegou este tema. No fim dessa postagem, terá um link, para aqueles que quiserem baixar o arquivo com o resumo apresentado aqui.
Isolamento
Térmico
Geladeiras de isopor e garrafas térmicas
são utilizadas com o objetivo de manter constante a temperatura dos corpos que
armazenam, e são exemplos de bons
isolantes térmicos, mas não atingem completamente seu objetivo, de manter a
temperatura da água quente na garrafa térmica e o sorvete gelado na geladeira
de isopor.
Quando um corpo inserido em um perfeito
isolante térmico , o valor de sua temperatura é mantido constante por tempo
indefinido, dizemos que esse corpo está contido num recipiente termicamente isolado, onde não troca calor com o meio
externo.
Um equipamento com objetivo semelhante ao
da geladeira e da garrafa térmica, que evita a troca de calor do seu interior
com o meio externo, é chamado de calorímetros.
“Um calorímetro
ideal é aquele que não permite a troca de calor entre seu conteúdo e o meio
ambiente, e seu interior pode ser considerado um recipiente isolado termicamente.”
Trocas de Calor e Equilíbrio Térmico
Corpos em diferentes temperaturas, quando colocados em contato, tendem
a igualar suas temperaturas após certo tempo, ou, especificamente falando,
tendem a temperatura de equilíbrio
térmico. Um exemplo disso é uma carne, que foi aquecida pelo forno, começa
a diminuir sua temperatura no momento em que é retirada de dentro dele;
continua a diminuir quando é colocada ao prato, e diminui ainda mais quando é
colocada na geladeira.
Exemplo:
- Se em um recipiente isolado termicamente um corpo X, à temperatura Tx
é colocado em contanto com outro
corpo Y, à temperatura Ty e se Tx passar a diminuir,
podemos afirmar que:
- a temperatura inicial de X é maior que a inicial de Y, portanto
durante o contato entre os corpos, uma quantidade de calor flui de X para Y; (Tx>Ty)
- a transferência de calor de X para Y fará com que o corpo X diminua
sua temperatura, enquanto Y aumenta; (Tx diminui e Ty aumenta)
- a transferência de calor se encerra quando os corpos X e Y estão à
mesma temperatura. (Tx=Ty)
Sendo Qx a quantidade de calor liberada pelo corpo X, e Qy
a de calor do corpo Y, temos, em valores absolutos, Qx=Qy .
Se considerarmos, no entanto, que não houve mudança no estado físico
dos corpos X e Y, as quantidades de calor envolvidas nas trocas descritas podem
ser calculadas através da equação fundamental da calorimetria:
Q = m . c. ∆T
Sendo:
Q= quantidade de calor
m= massa do corpo
c= caloria liberada
∆T= variação da temperatura
Desse modo podemos avaliar que Qx é negativo, enquanto Qy
é positivo, porque a temperatura de X diminui enquanto de Y aumenta. Assim, em
acordo com os sinais dos resultados das quantidades de calor cedidas e
absorvidas, podemos escrever:
Qx + Qy
= 0
“Quando dois corpos trocam calor entre si, ao ser atingido o
equilíbrio térmico, a soma algébrica das quantidades de calor trocadas entre
eles é nula.”
Exemplo1: duas
massas de agua, temperaturas e quantidades diferentes, sejam misturadas e
colocadas em um calorímetro ideal.
Dados:
Massa 1: m=200g; T0=15°C
Massa 2: m=600g; T0=65°C
Calor específico da água= 1,0 cal/g °C
Supondo que haverá só troca de calor ente as massas de água, vamos
obter a temperatura final do equilíbrio (TF), lembrando que esse
valor procurado será intermediário entre as temperaturas das duas massas, ou
seja, estará compreendido entre 15°C e 65°C.
Massa 1:
Q = m . c. ∆T
Q1= 200×1×( TF – 15)
Q1=200 TF – 3000
Massa 2:
Q = m . c. ∆T
Q2= 600×1×( TF – 65)
Q2= 600 TF – 39000
Q1 + Q2 = 0
(200 TF – 3000) + (600 TF
– 39000) = 0
Dividindo tudo por 100 temos:
2 TF
– 30 + 6 TF – 390 = 0
8 TF
= 420
TF
= 420/8
TF = 52,5°C
Exemplo2:
Lançamos um cubo de gelo de 50g, com temperatura -10°C a um copo de água de
250ml, com temperatura 20°C. supondo que a troca de calor ocorra apenas entre a
água e o gelo, qual será a temperatura final da água, após ter sido atingido o
equilíbrio térmico?
Dados:
Gelo: m=50g; T0= -10°C; calor específico = 0,5 cal/g °C;
calor latente de fusão= 80 cal/g; temperatura de fusão= 0°C
Água: m= 250g (d= 1g/mL); T0= 20°C; calor específico= 1
cal/g°C
Gelo de -10°C a 0°C
Q = m . c. ∆T
Q(gelo1)= 50 × 0,5 × [0 -
(-10)]= 250cal
Gelo fundindo-se:
Q = mL
Q(gelo2)= 50 × 80 = 4000cal
Para que haja fusão de todo gelo será necessário que ele absorva 250 +
400 =4250cal da água que foi lançado. Supondo que isso ocorra, teremos em
seguida à fusão, duas massas de agua, sendo uma delas de 50g a 0°C, e outra de
250g, que estava incialmente à 20°C.
Q(gelo1) + Q(gelo2)
+ Q(água1) + Q(água2) = 0
250 + 4000 + 50 ×
1 × (TF – 0) + 250 × 1 × (TF – 20) = 0
4250 + 50 TF
+ 250 TF - 5000 = 0
300 TF
= 750
TF = 2,5°C
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Abaixo está o link para download do resumo. Arquivo do Word.
