ATPS elementos de calor

        O que se espera ao colocar uma pedra de gelo num copo com suco? A resposta é simples e direta: "O suco vai ficar gelado" ! Mas o que aconteceu no ponto de vista cientifico? É possível entender e controlar este fenômeno?

        1. Teoria:

1.1 Definição de coloria (cal)

        É a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de um grama de água de 14,5°C a 15,5°C, sob pressão de 1 atm.

        As trocas de calor poderão promover:

        Variações de temperatura.

o calor utilizado para variar a temperatura é chamado de calor sensível. A grandeza relacionada é o calor especifico (c), ela mede a capacidade de um material trocar calor. Quanto maior o calor específico para um material maior sua dificuldade em trocar calor. Unidade em cal/g.°C.

c = C/m (eq. 1), onde C é capacidade térmica e m é massa do corpo. E a Capacidade Térmica é definida por C = Q/ ∆T (eq. 2)

A Equação fundamental da calorimetria pode ser definida a partir de um dado sistema isolado composto por uma quantidade de material (m) e a temperatura inicial To. Ao receber certa quantidade de calor (Q) sua temperatura passa a ser Tf. Substituindo eq. (2) em (1), teremos: C = Q / m.∆T e pode ser reescrita como Q = m.c.∆T (eq. 3), onde:

   ∆T = Tf - To e

   ∆T > 0 => Q > 0 (sistema recebeu calor)

   ∆T < 0 => Q < 0 (sistema cedeu calor)

   Por ser uma grandeza que está diretamente ligada às características e ao Estado de Agregação do material (sólido, líquido ou vapor/gasoso), ela define valores distintos entre os materiais. Por exemplo, a água a pressão atmosférica de 1 atm:

  TABELA 1

Estado de Agregação	Calor Específico (cal/g°C)
Sólido (gelo)	0,55
Líquido	1,00
Vapor	0,48

   Outras substâncias em condições ambientes (20°C e 1 atm):

   TABELA 2

Material	Calor específico (cal/g°C)
Chumbo	0,030
Mercúrio	0,033
Prata	0,056
Cobre	0,092
Latão	0,094
Ferro	0,114
Vidro	0,200
Alumínio	0,217
Ar	0,240
Éter	0,540
Álcool	0,580
Água	1,000

   Mudança do estado de agregação.

   O calor Latente promove mudança do Estado de Agregação de uma substância. Neste caso a temperatura se mantém constante até que haja total mudança de Fase ou estado de agregação.

   A quantidade de calor - energia térmica - necessária para alterar o estado de agregação de uma substância é denominada Quantidade de Calor Latente (Ql).

 Por exemplo, um grama de água precisa de 80 cal para passar do estado sólido para o liquido (fusão) e 540 cal do líquido para o vapor (vaporização); em contrapartida necessitaria ceder as mesmas quantidades para fazer ambos caminhos ao contrário (solidificação e condensação). Desta forma tem-se para cada substância um valor de calor latente (L) associado às estas mudanças no estado de agregação, para água tem-se: Lf = 80 cal/g e Lv = 540 cal/g.

 Na tabela abaixo temos: temperatura de fusão, calor latente de fusão, temperatura de vaporização e calor latente de vaporização, sob pressão de 1 atm.

TABELA 3

Substância	Tf (°C)	Lf (cal/g)	Tv (°C)	Lv (cal/g)
Álcool	-115,0	2,5	78,0	204,0
Alumínio	657,0	9,5	-	-
Chumbo	327,0	5,8	-	-
Enxofre	119,0	13,2	420,0	62,0
Mercúrio	-39,0	2,8	357,0	65,0
Nitrogênio	-210,0	6,1	-196,0	48,0
Oxigênio	-219,0	3,3	-183,0	51,0
Prata	961,0	2,5	-	-

 

   Podemos observar os processos de variação de temperatura e mudança de Estado de Agregação, no Gráfico (Temperatura X Quantidade de Calor) conforme abaixo:

GRAFICO 1

[pic 1]

        

         2. Procedimentos experimental.

   2.1 Montagem do aparato experimental.

        a. Separe um termômetro para medir a temperatura ambiente e um cronômetro.

        b. Conecte aos terminais elétricos do calorímetro:

   O multímetro (voltímetro) com ajuste de leitura para 9 V em CC e leitura de resistência elétrica.

   Sistema de Chave liga-desliga conectado a Fonte CC de tensão regulável. Mantenha a fonte desligada até o inicio do experimento.

        

   c. Insira 300 ml de água à temperatura ambiente no calorímetro, feche-o e acople o agitador e o termômetro. Agite brandamente e aguarde por 5 min. até a estabilização da temperatura inicial (To) do sistema (água + calorímetro).  Anote a mudança de temperatura  a cada 1 minuto e coloque na tabela abaixo.