Fórmulas de calor cedido, como calculá -lo e exercícios resolvidos

Ele Calor cedido É a transferência de energia entre dois corpos em diferentes temperaturas. Aquele que está mais alta da temperatura dá calor ao que cuja temperatura é menor. Se um corpo produz ou absorve calor, sua temperatura ou sua condição física podem variar dependendo da massa e das características do material de que é feito.

Um bom exemplo está em uma xícara de café fumegante. A colher de metal com o qual o açúcar é agitado. Se for deixado dentro da xícara de tempo suficiente, café e colher de chá de metal acabarão. Algum calor terá passado para o meio ambiente, uma vez que o sistema não está isolado.

O café e a colher de chá tornam -se em equilíbrio térmico por um tempo. Fonte: Pixabay.

Quando as temperaturas são comparadas, o Equilíbrio térmico.

Se o mesmo teste foi feito com uma colher de chá de plástico, certamente notaria que não aquece tão rápido quanto o metal, mas eventualmente também se tornará em equilíbrio com o café e tudo o que o rodeia.

Isso ocorre porque o metal leva o calor melhor do que o plástico. Por outro lado, certamente o café dá calor a uma taxa diferente de chocolate quente ou outra bebida. Então, o calor atribuído ou absorvido por cada objeto depende de qual material ou substância é feita.

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O que é e fórmulas

O calor sempre se refere ao fluxo ou trânsito de energia entre um objeto e outro, devido à diferença de temperatura.

É por isso que se fala em calor atribuído ou absorvido, pois, ao adicionar ou extrair calor ou energia de alguma forma, é possível modificar a temperatura de um elemento.

Geralmente é chamado de quantidade de calor que o objeto mais quente produz. Este valor é proporcional à massa do referido objeto. Um corpo com grande massa é capaz de desistir de mais calor do que outra massa menor.

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A diferença de temperatura Δt

Outro fator importante no cálculo do calor atribuído é a diferença de temperatura que o objeto que produz as experiências de calor. É denotado como δT E é calculado assim:

Δt = t_F - T_qualquer

Finalmente, a quantidade de calor atribuída também depende da natureza e das características do objeto, que são resumidas quantitativamente em uma constante chamada Calor específico de calor, denotado como c.

Então, finalmente, a expressão para o calor atribuída é a seguinte:

Q_Bastão = - m.c.ΔT

O rendimento é simbolizado com um sinal negativo.

A capacidade específica de calor e calor de uma substância

O calor específico é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1 g de substância em 1 ° C. É uma propriedade intrínseca do material. Suas unidades no sistema internacional são: Joule/kg . K (joule entre quilograma x temperatura em graus Kelvin).

A capacidade de calor C é um conceito ligado, mas ligeiramente diferente, uma vez que a massa do objeto intervém. A capacidade de calor é definida da seguinte forma:

C = mc

Suas unidades em S.Yo. Eles são joule/k. Para que o calor cedido também possa ser expresso de maneira equivalente como:

Q = -C. ΔT

Como calcular?

Para calcular o calor atribuído por um objeto, é necessário saber o seguinte:

- O calor específico da substância que dá o calor.

- A massa da referida substância

- A temperatura final para obter

Os valores de calor específicos para muitos materiais foram determinados experimentalmente e estão disponíveis em tabelas.

Calorimetria

Agora, se esse valor não for conhecido, é possível obtê -lo com a ajuda de um termômetro e água em um recipiente isolado termicamente: o calorímetro. Um esquema deste dispositivo é mostrado na figura que acompanha o Exercício 1.

Uma amostra da substância é imersa a uma certa temperatura em uma quantidade de água que já foi medida. A temperatura final é medida e, com os valores obtidos, o calor específico do material é determinado.

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Comparando o resultado com os valores tabulados, pode -se saber que substância é. Este procedimento é chamado calorimetria.

O balanço de calor é realizado pela conservação de energia:

Q _Bastão + Q _{absorvido = 0}

Exercícios resolvidos

Exercício 1

Uma peça 0 de 0.35 kg a uma temperatura de 150 ºC em 500 ml de água a uma temperatura de 25 º C. Encontrar:

a) A temperatura final de equilíbrio

b) quanto fluxos de calor nesse processo?

Dados

c_cobre = 385 J/kg . ºC

c_{água =} 4180 J/kg . ºC

Densidade da água: 1000 kg/m³

Esquema básico de calorímetro: um recipiente com água isolada e um termômetro para medir mudanças de temperatura. LFIENTE: DR. Tilahun Tesfaye [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/3.0)]

Solução

a) O cobre dá calor enquanto a água a absorve. À medida que o sistema é considerado fechado, apenas a água e a amostra intervêm no balanço térmico:

Q _Bastão = Q _absorvido

Por outro lado, é necessário calcular a massa de 500 ml de água:

500 ml = 0.5 L = 0.0005 m³

Com esses dados, a massa da água é calculada:

massa = densidade x volume = 1000 kg/m³ . 0.0005 m³ = 0.5 kg

A equação do calor é levantada em cada substância:

Q_Bastão = -m_cobre . c_cobre. ΔT = -0.35 kg . 385 J/kg .ºC . (T_F -150 ºC) = -134.75 (t_F - 150) J

Q_absorvido = m_água . c_água. ΔT = 0.5 kg . 4186 J/kg . ºC .(T_F -25 ºC) = 2093 (t_F -25) J        

Equalizando os resultados que você tem:

2093 (t_F - 25) = -134.75 (t_F - 150)

É uma equação linear com um desconhecido, cuja solução é:

T_F = 32.56 ºC

b) A quantidade de calor fluindo é o calor atribuído ou o calor absorvido:

Q _Bastão = - 134.75 (32.56 - 150) J = 15823 J

Q _absorvido = 2093 (32.56 - 25) J = 15823 J

Exercício 2

Uma peça de cobre de 100 g é aquecida em um forno a uma temperatura T_qualquer E então é introduzido em um calorímetro de cobre de 15 g que contém 200 g de água a 16 º C. A temperatura final uma vez em equilíbrio é de 38 º C. Quando o calorímetro e seu conteúdo são pesados, verifica -se que eu evaporei.2 g de água qual era a temperatura inicial t_qualquer?

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Dados: O calor latente da vaporização de água é l_v = 2257 kJ/kg

Solução

Este exercício difere do anterior, pois deve -se considerar que o calorímetro também absorve o calor. O calor atribuído pela peça de cobre é investido em todos os seguintes:

- Aqueça a água do calorímetro (200 g)

- Aqueça o cobre do qual o calorímetro é feito (150 g)

- Evaporação 1.2 gramas de água (para uma mudança de fase, você também precisa de energia).

Q_Bastão = -100 x 1 x 10 ^-3 kg. 385 J/kg . ºC. (38 - T_qualquer ) ºC = -38.5. (38 - T_qualquer) J

Q _{absorvido por ele calorímetro} = Q _{absorvido pela água} + Q _{vaporização} + Q _{absorvido por cobre}

0.2 kg .4186 J/kg ºC .(38 - 16 ºC) + 1.2 x 10^-3 kg. 2257000 J/kg +0.150 kg .385 J/kg .ºC.(38 - 16 ºC) =

18418.4 +2708.4 + 1270.5 J = 22397.3 j

Portanto:

-38.5. (38 - T_qualquer) = 22397.3

T_qualquer = 619.7 ºC

O calor necessário para carregar o 1 também poderia ter sido considerado.2 g de água até 100 º C, mas é uma quantidade bastante pequena em comparação.

Referências

1. Giancoli, d.  2006. Física: Princípios com aplicações. 6^º. Ed. Prentice Hall. 400 - 410.
2. Kirkpatrick, l. 2007. Física: uma olhada no mundo. 6^ta Edição abreviada. Cengage Learning. 156 - 164.
3. Rex, a. 2011. Fundamentos da Física. Pearson. 309 - 332.
4. Sears, Zemansky. 2016. Física da Universidade com Física Moderna. 14^º. Ed. Volume 1. 556 - 553.
5. Serway, r., Vulle, c. 2011. Fundamentos da Física. 9^{n / D} Cengage Learning.