A calorimetria no nosso cotidiano

Escola Estadual Professor Elídio Murcelli Filho

Trabalho de FÍSICA

Tema:

Calorimetria

Por: Alexsandro dos Santos

Aripuanã-MT

30/09/2011

INTRODUÇÃO

A calorimetria estuda, essencialmente, o fenômeno de transferência de energia, na forma de calor, de um corpo a outro, de todas as maneiras possíveis. Ocupa-se, ainda, do efeito que essa transferência provoca no estado de um corpo: sua fusão, seu endurecimento, sua evaporação e outros fenômenos decorrentes da perda ou aquisição de calor, também identificado como energia térmica. Essa energia está associada à vibração, mais ou menos intensa, das partículas que constituem o corpo, sejam moléculas, átomos, elétrons. A calorimetria é a base para o estudo da termodinâmica, que estuda as relações entre energia térmica e energia mecânica.

1-CONCEITO DE CALOR

Quando são colocados em contato dois ou mais corpos que se encontram em diferentes temperaturas, observa-se que, após um certo intervalo de tempo, todos atingem uma temperatura intermediária entre as temperaturas iniciais. Durante esse processo, ocorre uma transferência de energia térmica dos corpos de maior temperatura para os de menor temperatura. Essa energia térmica em trânsito denomina-se calor.

Energia mecânica é normalmente perdida pelo atrito entre os componentes de um sistema mecânico, uma máquina ou mecanismo. O atrito é um fenômeno de superfície que as aquece, isto é, aumenta sua temperatura. Esse atrito pode se dar entre corpos rígidos, entre fluidos e corpos rígidos, e entre fluidos. Por exemplo um eixo girando apoiado sobre um mancal, mesmo quando lubrificado, está sujeito ao atrito com o material do mancal (nos pontos onde o filme de lubrificante é rompido) e atrito com o próprio lubrificante. Um navio sofre o atrito com a água do mar e com o ar. Da mesma forma um automóvel sofre atrito com o solo e com o ar. Se um avião estiver a uma velocidade elevada o aquecimento da fuselagem e das asas pode provocar seu amolecimento ou fratura ou mesmo combustão, levando à perda desses componentes.

Essa energia mecânica perdida por atrito se transforma em uma outra energia conhecida como energia térmica ou, simplesmente, calor.

Mas essa não é a única forma de gerar calor. Uma combustão provoca uma grande geração de energia térmica cuja origem está na liberação da energia interna do material em combustão e do oxigênio que alimenta o processo. Por exemplo, na combustão da madeira o principal gerador de energia térmica é devido à reação do carbono (C) com o oxigênio (O), produzindo monóxido de carbono (CO) e, em presença de maior quantidade de oxigênio, em gás carbônico (CO2).

Outra maneira de se gerar energia térmica é pela passagem de corrente elétrica em um meio condutor. O atrito que os elétrons sofrem ao se movimentar no meio do material condutor, gera o aquecimento (aumento de temperatura) desse condutor.

1.2-CALORES ESPECÍFICOS

Para estudar o fenômeno de aquecimento ou esfriamento de corpos que trocam energia térmica entre si, isto é, trocam calor, pode se construir um aparelho que, idealmente, é incapaz de alterar sua temperatura, isto é, em seu interior toda transformação é adiabática. Isto é possível, dentro de certos limites de precisão, utilizando paredes internas refletoras e câmaras de vácuo que isolam o interior do exterior, constituindo uma "garrafa térmica", isto é, um vaso de Dewar. O porque dessa concepção de vaso termicamente isolado ficará clara no que segue.O calorímetro mais simples é um vaso termicamente isolado, contendo uma certa quantidade de água, com agitador e termômetro. Pelo aumento de temperatura da água, calcula-se o calor liberado por um corpo imerso no vaso. A previsão teórica e o cálculo dessa quantidade de calor, pressupõem o conhecimento das massas envolvidas, de seu estado físico antes e depois do contato, bem como da capacidade que os corpos têm de absorver maior ou menor quantidade de calor. Essa capacidade é medida pela capacidade térmica dos corpos.

2- MUDANÇAS DE ESTADO DE UM CORPO

Ao receber ou ceder calor ou quando sujeito a uma variação de pressão, um corpo pode mudar seu estado físico, passando pelos três estado elementares da matéria: sólido, líquido, gasoso. A essas mudanças de estado correspondem variações da energia interna de um corpo, seja na forma de agitação térmica de suas partículas, seja na forma de alteração da estrutura interna do corpo. Ao aumentarmos tanto a pressão como a temperatura acima de valores elevados, outras mudanças de estado podem ocorrer, gerando matéria em forma de plasma (átomos totalmente ionizados), de fissão nuclear (transformação de hidrogênio em hélio, por exemplo) e outros estados de matéria rarefeita ou condensada, que fogem ao escopo deste trabalho.

Inicialmente são consideradas as transformações de temperatura, a pressão constante, isto é, isobáricas, que afetam o estado de um corpo passando de sólido a líquido e a vapor, ou vice-versa.

O calor necessário para aquecer um corpo, sem alterar seu estado físico, depende, conforme foi visto, do calor específico desse corpo, de sua massa e da variação de temperatura: é chamado calor sensível.

O calor necessário para mudar o estado em pressão e temperatura constantes, é chamado calor latente. Isto significa que, enquanto um corpo muda seu estado, a temperatura permanece constante, a menos que mudemos a pressão.

Então, em pressão constante, partindo de um sólido, abaixo de sua temperatura de fusão, e fornecendo calor de forma contínua, esse corpo primeiro aumenta sua temperatura, absorvendo calor sensível, proporcional à sua capacidade térmica e à variação de temperatura; em seguida, tendo atingido o ponto de fusão, ele começa a se liquefazer, mantendo-se, nesse processo, a temperatura constante, absorvendo calor latente, proporcional à sua massa e ao calor latente de fusão; em seguida,