Olá! Neste post, vamos praticar algumas questões sobre Calorimetria. Antes de começarmos a resolução dos exercícios, é importante relembrarmos alguns conceitos de Calor Latente e Potência. Acompanhe!
Calorimetria: mudança de estado
De modo geral, os materiais podem ser encontrados na natureza em três estados: sólido, líquido ou gasoso. A água, por exemplo, no estado sólido é o gelo e no estado gasoso é o vapor d’água.
Pode-se fazer com que uma substância passe de um estado para outro fornecendo energia a ela ou retirando energia dela. A passagem do estado sólido para o estado líquido ocorre com absorção de energia por parte da substância (processo endotérmico) e é chamada de fusão. No caminho oposto, quando uma substância passa do estado líquido para o sólido, há liberação de energia (processo exotérmico) e a transformação é chamada de solidificação.
A passagem do estado líquido para o gasoso é um processo endotérmico e é chamada de vaporização. A transformação do estado gasoso para o líquido é exotérmica e chamada de liquefação ou de condensação. Observa-se a condensação, por exemplo, ao se expelir ar pela boca bem aberta diretamente na superfície um espelho frio. O ar é expelido com água na forma gasosa, que é invisível. Ao chegar à superfície do espelho, esse vapor esfria e se condensa na forma de gotículas de água.
A sublimação ocorre quando uma substância passa do estado sólido diretamente para o estado gasoso, sem passar pela fase líquida. O caminho inverso, isto é, a passagem do estado gasoso para o estado líquido é chamada de sublimação ou cristalização.
Calor latente
Durante a mudança de estado de uma substância pura, se a pressão permanecer constante, a temperatura na qual a mudança ocorre também fica constante. Para se calcular a quantidade de calor (Q) que um corpo de massa m deve ceder ou receber numa mudança de estado, usa-se a expressão
Q = m.L
L é o calor específico latente da substância para determinada mudança de fase. É comum se referir ao L somente como calor latente. No SI, a unidade do calor latente é o J/kg. Na prática, usamos a unidade cal/g.
| Água pura | |
| calor latente de fusão | Lfusão do gelo = 80 cal/g |
| calor latente de solidificação | Lsolidificação da água= – 80 cal/g |
| calor latente de vaporização | Lebulição da água = 540 cal/g |
| calor latente de liquefação | Lliquefação do vapor = – 540 cal/g |
Note que, para processos que recebem calor na mudança de fase, L>0. Se os sistema ceder calor, L<0. De modo geral, para determinada substância,
Lsolidificação = – Lfusão
Lliquefação = – Lebulição
Potência térmica
Potência térmica é a energia (quantidade de calor, Q) transferida de um sistema por unidade de tempo.
No Sistema Internacional, a unidade de medida de potência é o watt (W). Como as unidades de energia e tempo são o joule e o segundo: 1 W = 1 J/s.
No sistema usual, a unidade de potência térmica é caloria por segundo: cal/s.
Como 1 cal = 4,2 J, pode-se dizer que
1 cal/s = 4,2 W
Exercícios Resolvidos sobre Calorimetria
1. (Uerj) Em um laboratório, um corpo com massa de 30g inicialmente em sua temperatura de fusão, é aquecido durante 140 s por uma fonte térmica de potência constante igual a 15 cal/s. Com o aquecimento, o corpo passa completamente do estado sólido para o estado líquido, mantendo sua temperatura constante.
Admitindo que toda a energia liberada pela fonte térmica seja integralmente absorvida pelo corpo, calcule, em cal/g o seu calor latente de fusão.
Resposta da questão 1:
Como a temperatura foi mantida constante, podemos concluir que a energia ganha foi exclusivamente utilizada para a mudança de estado. Logo:
2. (Fac. Albert Einstein – Medicina ) Sabe-se que um líquido possui calor específico igual a 0.58 cal/(g.°C) Com o intuito de descobrir o valor de seu calor latente de vaporização, foi realizado um experimento onde o líquido foi aquecido por meio de uma fonte de potência uniforme, até sua total vaporização, obtendo-se o gráfico abaixo. O valor obtido para o calor latente de vaporização do líquido, em cal/g está mais próximo de:
a) 100
b) 200
c) 540
d) 780
Resposta da questão 2: B
3. (Upe-ssa 2) Um aprendiz de cozinheiro colocou 1 litro de água em temperatura ambiente 25°C numa panela sem tampa e a deixou aquecendo em um fogão elétrico, sobre uma boca de potência de 2000 W.
Considerando-se que toda a energia fornecida pela boca é absorvida pela água, qual o tempo mínimo aproximado em que toda a água evapora?
Dados:
calor latente de vaporização da água 2.256 kJ/(kg°C)
calor específico da água = 4,2 kJ/(kg°C)
densidade da água 1000 kg/m3
a) 18,2 min
b) 21,4 min
c) 36 min
d) 42,7 min
e) 53,8 min
Resposta da questão 3: B
A energia calorífica total é a soma do calor sensível e do calor latente bem como, da potência elétrica do fogão multiplicada pelo tempo
Cálculo do calor sensível para aquecimento da água até a ebulição:
Cálculo do calor latente para a vaporização:
Calor total necessário para aquecimento e vaporização:
Tempo necessário para todo o processo:
4. (Enem 2ª aplicação) Num dia em que a temperatura ambiente é de 37 °C uma pessoa, com essa mesma temperatura corporal, repousa à sombra. Para regular sua temperatura corporal e mantê-la constante, a pessoa libera calor através da evaporação do suor. Considere que a potência necessária para manter seu metabolismo é 120 W e que, nessas condições, 20% dessa energia é dissipada pelo suor, cujo calor de vaporização é igual ao da água 540 cal/g. Utilize 1 cal igual a 4 J.
Após duas horas nessa situação, que quantidade de água essa pessoa deve ingerir para repor a perda pela transpiração?
Resposta da questão 4: [E]
A potência utilizada na evaporação da água é da potência total necessária para manter o metabolismo.
O calor latente de vaporização é:
Combinando as expressões da potência e do calor latente:
Espero que você tenha entendido um pouco melhor como resolver exercícios de Calor Latente e Potência. E se quiser praticar mais, confira minha live de resolução de mais exercícios sobre o tema:
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