Calorimetria estuda as trocas de energia entre corpos na forma de calor. As partículas que constituem os corpos possuem energia térmica devido à agitação. Calor é transferido espontaneamente do corpo mais quente para o mais frio até o equilíbrio. Capacidade térmica e calor específico medem a quantidade de calor necessária para alterar a temperatura de um corpo.

1. Calorimetria
Professor:
Adrianne
Mendonça

2. Calorimetria:
É a parte da física que estuda as trocas
de energia entre corpos ou sistemas quando essas
trocas se dão na forma de calor.

3. Energia Térmica:
Quando é analisado microscopicamente um corpo nos
estados sólido, líquido e gasoso, nota-se que:
 No estado sólido, as partículas que constituem o
corpo possuem uma grande vibração em torno de sua
posição;
 No estado líquido, as partículas, além de
vibrarem, apresentam movimento de translação no
interior do líquido;
 No estado gasoso, as partículas, além de vibrarem
intensamente, também transladam com grande
velocidade no interior da massa gasosa.

4. Energia Térmica:
Conclui-se, assim, que: As partículas que constitui os corpos
possuem energia de agitação. Esta energia de agitação das
partículas do corpo é chamada de energia térmica.

5. Calor:
Calor é uma forma de energia em trânsito que passa, de maneira
espontânea, do corpo de maior temperatura para o de menor
temperatura.
Exemplo: Em um tanque com água a temperatura de 25ºC, foi
introduzido uma bloco de aço a 130ºC. Minutos depois, notou-se
que o bloco foi se esfriando e a água se aquecendo até ocorrer um
equilíbrio térmico.
Obs.: O que aconteceu com a água para elevar sua
temperatura? E quem forneceu energia?

6. Formas de Calor:
Quando um corpo recebe energia, esta pode produzir
variação de temperatura ou mudança de estado.
 Quando o efeito produzido é a variação de temperatura,
dizemos que o corpo recebeu calor sensível.
 Se o efeito se traduz pela mudança de fase, o calor
recebido pelo corpo é dito calor latente.

7. A caloria:
Define-se Caloria como sendo a quantidade de calor necessária
para que um grama de água pura, sob pressão normal, tenha sua
temperatura elevada de 14,5ºC para 15,5ºC.
A unidade de calor, no SI, é o
Joule (J);
Ainda se usa bastante a caloria
(cal).
1cal = 4,186 J

8. Capacidade térmica:
Define-se Capacidade térmica como sendo a razão entre a
quantidade de calor (Q), que um corpo recebe, e a variação de
temperatura ocorrida (Δθ ).
A unidade de capacidade
Q
C= térmica, no SI, é o Joule/Kelvin
∆t (J/K);
Também é encontrado
cal /º C

9. Capacidade térmica:
Exercício:
Sabendo que dois corpos, A e B, receberam uma quantidade de
calor igual a 500 cal, e que as temperaturas se elevaram 50°C e
100°C respectivamente, qual a capacidade térmica dos corpos em
Joule/Kelvin e cal /º C?

10. C
c=
Calor específico: m
As quantidades de calor cedidas a massas iguais da mesma substância ou delas
retiradas são diretamente proporcionais às variações de temperatura.
As quantidades de calor cedidas a massas diferentes de uma mesma substância,
ou delas retiradas, a fim de produzir variações de temperaturas iguais, são
diretamente proporcionais às massas.
O calor específico de uma substância representa a quantidade de calor necessária
para que 1 grama da substância eleve a sua temperatura em 1ºC.

11. Equação fundamental da
calorimetria
A capacidade térmica e o calor específico
foram definidos respectivamente como:
Q C
C= c=
∆t m
Isolando c na segunda equação e substituindo
na primeira, obtemos:
Q = m . c . ∆t

12. UNIDADES DE MEDIDAS
Unidades usuais Unidades do SI
Q............cal...........................Joule (J)
m.......grama (g)................quilograma (kg)
t.......Celsius (oC)………..…..Kelvin (K)
c..........cal/g.oC………….…….J/kg.K

13. Trocas de calor
Quando dois ou mais corpos, que estão em temperaturas diferentes,
são colocados em contato, ocorrem espontaneamente trocas de calor
entre eles, que cessam ao ser atingido o equilíbrio térmico.
Para que não haja influência do meio externo nas trocas de calor, é
necessário colocá-los em um recipiente isolante térmico chamado
calorímetro.

14. Trocas de calor
Através do balanço energético, conclui se que, em módulo, a
somatória dos calores cedidos é igual à somatória dos calores
recebidos. Se os sinais são levados em conta, tem-se:
Q1 + Q2 + Q3 + ... + Qn = 0

15. Calor latente
O calor latente, de uma mudança de estado, é a quantidade de calor
que a substância recebe ou cede, por unidade de massa, durante a
transformação, mantendo-se constante a temperatura, desde que a
pressão não se altere. Matematicamente, podemos
expressá-lo por:
Q
L= → Q = mL
m
Sendo:
– Q = quantidade total de calor latente trocada no processo
– m = massa do corpo
– L = calor latente de mudança.

16. Mudança de fase
Quando alteramos as condições físicas de pressão e temperatura,
podemos alterar o estado de agregação da matéria. Por ora,
trataremos da mudança de fase sob pressão constante, variando
somente a temperatura. Processos de mudança:
– Fusão: passagem de sólido para líquido;
– Solidificação: passagem de líquido para sólido;
– Vaporização: passagem de líquido para vapor;
– Condensação: passagem de vapor para líquido;
– Sublimação: passagem de sólido para vapor ou vapor para
sólido, processo também conhecido como cristalização.

17. Curvas de aquecimento ou
resfriamento
Este gráfico será chamado de curva de aquecimento, se o corpo
estiver recebendo energia térmica, ou curva de resfriamento, se o
corpo estiver cedendo energia térmica.

18. Leis gerais de mudança
– Se a pressão for mantida constante, durante a mudança de fase, a
temperatura se mantém constante.
– Para uma dada pressão, cada substância tem a sua temperatura de mudança
de fase perfeitamente definida.
– Variando a pressão, as temperaturas de mudança de fase também variam.

19. Influência da pressão na mudança
de fase

20. Curva de fusão

21. Curva de fusão
-qualquer ponto situado à esquerda da
curva de fusão representa as condições de
pressão e temperatura para as quais a
substância se apresenta na fase sólida.

22. Curva de Vaporização

23. Vaporização
 Num líquido, as moléculas com maior energia cinética à
superfície escapam-se da superfície do líquido formando a
fase gasosa. Algumas moléculas mais lentas da fase gasosa e
nas proximidades da fase líquida, têm um trajecto oposto,
passam à fase líquida.
 Num vaso fechado onde se tenha efectuado o vazio, a
vaporização do líquido vai tendo lugar até que a certa altura,
quando a pressão no interior do vaso atinge um valor máximo,
as moléculas regressam à fase líquida de tal modo que a
velocidade de retorno das moléculas ao líquido é igual à
velocidade da sua vaporização. Quer dizer é estabelecido um
equilíbrio dinâmico entre o líquido e o seu vapor em que a
vaporização e a condensação ocorrem à mesma velocidade.

24. Temperatura Crítica

25. Temperatura crítica
 É a temperatura acima da qual a substância pode existir somente na forma de gás.
 Um gás, acima dessa temperatura, não pode ser liquefeito, por mais que a pressão do
sistema seja elevada.
 Temperatura crítica pode ser definida como aquela tempetatura em que acima dela a
substância pode existir somente na forma de gás. Acima desta temperatura a substância
gasosa não pode ser condensada por compressão isotérmica (mantendo a temperatura
igual e aumentando a pressão). A temperatura crítica da água é 374,15°C , do álcool
etílico é 243,1°C, do ácido carbônico 31,1°C e do hélio é -267,9°C. Isso quer dizer que
essas substâncias, em sua respectiva temperatura crítica, será somente gás, mesmo que
a injeção de pressão (ou devida redução, em outras substâncias) não irá condensar ou
liquefazer o gás.
Tomemos como exemplo a própria água: ao nível do mar, com 1 atm de pressão (pressão
atmosférica), à 90 ºC, será líquida. A partir de 100 ºC ela passa para o estado de vapor.
Se a temperatura for mantida em 100 ºC mas a pressão se elevar, a água irá se
liquefazer. Se nessa nova pressão (maior que 1 atm), a água for aquecida até seu "novo"
ponto de ebulição, irá ebulir. Novamente, se devida pressão for adicionada a água irá se
liquefazer. No entanto, quando a temperatura da água chegar em 374,15 ºC, não poder-
se-á liquefazê-la, não importa que pressão for aplicada.

26. Curva de sublimação
- qualquer ponto situado abaixo da curva de
ebulição e à direita da curva de sublimação
representa as condições de pressãoe
temperatura para as quais a substância se
apresenta na fase gasosa.
Pelo exposto, podemos notar que as curvas
indicam a fase em que uma determinada
substância se encontra.

27. Curva de sublimação

28. EXERCÍCIOS
 . Ao receber 3000 cal, um corpo de 150 g
aumenta sua temperatura em 20 °C, sem
mudar de fase. Qual o calor específico do
material desse corpo?
 Resolução:
 Q = m . c . variação da temperatura
3000 = 150 . c . 20
c = 1 cal/g . °C
 Obs: Pelo fato de o calor específico ter dado 1cal/g .
°C, podemos concluir q essa substância é a água.

29. EXERCÍCIOS
 2. Quantas calorias são necessárias
para se aquecer 200 l de água, de 15 °C
a 70 °C?
 Resolução:
 Q = m . c . variação da temperatura
Q = 200000 . 1 . (70 – 15)
Q = 11000000 cal

30. EXERCÍCIOS
 3. Determine:
a) o calor específico do material
b) a capacidade térmica da substância
 Resolução/ São dados do exercício:
m = 1kg = 1000 g
Q = + 400 cal
t0 = 10 0C
tf = 60 0C.

31.  a) – A variação de temperatura da substância é dada por:
∆t = tf – t0
∆t = 60 – 10
∆t = 50 0C
 - Pela equação da quantidade de calor obtemos o calor
específico da substância:
Q = m.c.∆t
400 = 1000 . c . 50
400 = 50 000 . c
400 / 50 000 = c
c = 0,008 (cal / g . 0C )

32.  b) – A capacidade térmica é obtida pela
equação C = m.c, logo:
C = m.c
C = 1000 . 0,008
C = 8 cal/0C
 Respostas :
a) c = 0,008 (cal / g . 0C )
b) C = 8 cal/0C