Olá! Hoje trouxe para vocês alguns exercícios resolvidos sobre Calor Sensível e Capacidade térmica. Mas antes de irmos para prática, vamos fazer uma revisão sobre o assunto. Acompanhe!
Calor Sensível
Ao colocarmos um corpo quente em contato térmico com um corpo frio, há passagem de energia térmica do corpo quente para o corpo frio.
Calor é o nome da energia térmica em trânsito de um corpo para outro. Quando apenas a temperatura do corpo varia, sem que ocorra mudança de estado físico (derretimento, ebulição etc) o calor é chamado sensível. Quando há mudança de estado, o calor é chamado latente.
No sistema internacional (SI), a unidade de calor é o joule (símbolo J). No estudo dos problemas de calorimetria, usaremos também a unidade caloria (símbolo cal).
Uma caloria de energia corresponde a, aproximadamente, 4,2 joules.
1 cal = 4,2 J
Quantidade de calor sensível
Para calcular a quantidade de calor que um corpo de massa M precisa receber ou ceder para que sua temperatura varie em alguns graus, usamos a relação.
Q= m.c.
onde,
Q é a quantidade de calor sensível
M é a massa do corpo
é a variação de temperatura do corpo.
= final – inicial
A letra c representa o calor específico sensível, que é uma característica do material que constitui o corpo.
A unidade do calor específico sensível pode ser obtida isolando-o na expressão acima:
Substituindo as unidades mais comuns no estudo da calorimetria:
No sistema Internacional, a unidade de c deve ser J/(kg. Kelvin).
Cada material tem o seu valor de calor específico sensível. A tabela abaixo mostra alguns exemplos de valores aproximados.
Capacidade térmica
A capacidade térmica de um corpo corresponde à energia que o corpo deve trocar (receber ou ceder) para que sua temperatura varie em uma unidade.
A unidade prática de capacidade térmica na calorimetria é:
Outra expressão para a capacidade térmica pode ser obtida substituindo-se Q por m.c.Dq:
Trocas de calor
Um sistema é chamado sistema termicamente isolado quando não troca calor com outros corpos ou sistemas fora de suas fronteiras. Em um sistema termicamente isolado as trocas de calor obedecem ao princípio da conservação da energia. Convencionando-se os sinais das quantidades de calor trocadas, temos
Calor recebido pelo corpo: Q > 0
Calor cedido pelo corpo: Q < 0
Desta forma, quando vários corpos trocam calor entre si dentro de um sistema termicamente isolado, a soma algébrica das quantidades de calor deve ser nula. Ou seja, para o caso de dois corpos, se um libera 100 cal, o outro recebe 100 cal, de modo que
– 100 cal + 100 cal = 0
Generalizando,
Por exemplo para a troca de calor entre três corpos, poderíamos escrever
QA + QB + QC = 0
Se não houver mudança de estado, Q = m.c. Dq e a expressão ficaria
(m.c. )A + (m.c. )B + (m.c. )C = 0
Quando o sistema atinge o equilíbrio térmico, todos os corpos chegam à mesma temperatura final.
Calorímetro
Um calorímetro é um recipiente destinado a medições no estudo das trocas de calor de corpos que são colocados em seu interior.
Um calorímetro é chamado ideal quando não participa da troca de calor entre os corpos em seu interior e ainda não permite a troca de calor entre os corpos e o ambiente exterior.
Quando o calorímetro é real, possui capacidade térmica que deve ser levada em conta nos cálculos da troca de calor.
Exercícios sobre Calor Sensível e Capacidade Térmica
1. (Unesp) Determinada peça de platina de 200 g, sensível à temperatura, é mantida dentro de um recipiente protegido por um sistema automático de refrigeração que tem seu acionamento controlado por um sensor térmico. Toda vez que a temperatura da peça atinge 80 °C, um alarme sonoro soa e o sistema de refrigeração é acionado. Essa peça está dentro do recipiente em equilíbrio térmico com ele a 20 °C, quando, no instante t = 0, energia térmica começa a fluir para dentro do recipiente e é absorvida pela peça segundo o gráfico a seguir.
Sabendo que o calor específico da platina é 0,03 cal/(g.°C) e adotando 1 cal = 4J, o alarme sonoro disparará, pela primeira vez, no instante
a) t = 8 min.
b) t = 6 min.
c) t = 10 min.
d) t = 3 min.
e) t = 12 min.
Gabarito: E
2. (Famema) Considere que um fogão forneça um fluxo constante de calor e que esse calor seja inteiramente transferido da chama ao que se deseja aquecer. O calor específico da água é 1,0 cal/(g.°C) e o calor específico de determinado óleo é 0,45 cal/(g.°C) Para que 1000 g de água, inicialmente a 20 °C atinja a temperatura de 100°C é necessário aquecê-la por cinco minutos sobre a chama desse fogão. Se 200 g desse óleo for aquecido nesse fogão durante um minuto, a temperatura desse óleo será elevada em, aproximadamente,
a) 120°C
b) 180°C
c) 140°C
d) 160°C
e) 100°C
Gabarito: B
Com os dados fornecidos é possível calcular a quantidade de calor sensível necessária para a elevação da temperatura da água.
Sabendo o tempo em que ocorreu o aquecimento da água, podemos expressar a taxa de transferência de calor
Assim, para o óleo foi transferida a quantidade de calor equivalente a um minuto, portanto:
3. (Enem) Mesmo para peixes de aquário, como o peixe arco-íris, a temperatura da água fora da faixa ideal 26 °C a 28°C bem como sua variação brusca, pode afetar a saúde do animal. Para manter a temperatura da água dentro do aquário na média desejada, utilizam-se dispositivos de aquecimento com termostato. Por exemplo, para um aquário de 50 L pode-se utilizar um sistema de aquecimento de 50 W otimizado para suprir sua taxa de resfriamento. Essa taxa pode ser considerada praticamente constante, já que a temperatura externa ao aquário é mantida pelas estufas. Utilize para a água o calor específico 4,0 kJ.kg-1.K-1 e a densidade 1 kg/L.
Se o sistema de aquecimento for desligado por 1h qual o valor mais próximo para a redução da temperatura da água do aquário?
a) 4°C
b) 3,6°C
c) 0,9°C
d) 0,6°C
e) 0,3°C
Gabarito: C
Se a potência de 50D W mantém constante a temperatura da água no aquário, significa que a taxa de resfriamento é de 50 W.
Aplicando a expressão da potência térmica:
4. (Fuvest 2022) Um bom café deve ser preparado a uma temperatura pouco acima de 80 °C. Para evitar queimaduras na boca, deve ser consumido a uma temperatura mais baixa. Uma xícara contém 60 mL de café a uma temperatura de 80 °C. Qual a quantidade de leite gelado (a uma temperatura de 5 °C) deve ser misturada ao café para que a temperatura final do café com leite seja de 65 °C?
Note e adote:
Considere que o calor específico e a densidade do café e do leite sejam idênticos.
a) 5 mL
b) 10 mL
c) 15 mL
d) 20 mL
e) 25 mL
Gabarito: C
Assumindo que o leite e o café somente troquem calor entre si, o sistema pode ser considerado termicamente isolado. Então:
Espero que você tenha entendido um pouco melhor sobre Calor sensível e Capacidade Térmica. E se quiser ajuda para melhorar seu nível de Física em outras matérias, entre em contato comigo e escolha o curso de Física mais adequado para você!
SAIBA MAIS
✅ Calorimetria e dilatação térmica
✅ Exercícios sobre Dilatação de líquidos
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