O calor sensível é a forma de transferência de energia que resulta em variação da temperatura de um corpo, sem que haja mudança de estado físico. Neste processo, a quantidade de calor trocada é proporcional à variação de temperatura do corpo. Para calcular o calor sensível, utilizamos a fórmula Q = m.c.ΔT, onde Q representa a quantidade de calor, m a massa do corpo, c o calor específico e ΔT a variação de temperatura. Neste artigo, serão abordados conceitos, fórmulas e exemplos de exercícios resolvidos relacionados ao calor sensível, auxiliando no entendimento e resolução desses problemas.
Como calcular o calor sensível: fórmula e cálculos necessários para determinar a energia térmica.
Calor sensível: conceito, fórmulas e exercícios resolvidos.
O calor sensível é a energia térmica necessária para elevar a temperatura de uma substância sem que haja mudança de estado físico, ou seja, sem que ocorra a fusão ou a vaporização. Para calcular o calor sensível, utilizamos a seguinte fórmula:
Q = m * c * ΔT
Onde:
- Q é o calor sensível, em Joules (J) ou em calorias (cal);
- m é a massa da substância, em gramas (g);
- c é o calor específico da substância, em J/(g·°C) ou cal/(g·°C);
- ΔT é a variação de temperatura da substância, em graus Celsius (°C).
Para determinar o calor sensível, basta multiplicar a massa da substância pelo calor específico e pela variação de temperatura. Veja um exemplo de cálculo:
Suponha que tenhamos uma amostra de água com massa de 100g, cujo calor específico é de 4,18 J/(g·°C), e que sua temperatura aumentou em 10°C. Para calcular o calor sensível, utilizamos a fórmula:
Q = 100g * 4,18 J/(g·°C) * 10°C = 418 J
Portanto, o calor sensível necessário para elevar a temperatura dessa amostra de água em 10°C é de 418 Joules.
Significado e definição de calor sensível: saiba mais sobre esse conceito fundamental na termodinâmica.
Calor sensível é uma forma de energia térmica que está diretamente relacionada com a variação de temperatura de um corpo, sem que haja mudança de estado físico. Em outras palavras, o calor sensível é aquele que é percebido pelos nossos sentidos, como quando seguramos uma xícara de café quente.
Na termodinâmica, o calor sensível é representado pela fórmula:
Q = mcΔT
Onde:
Q = quantidade de calor sensível (em Joules)
m = massa do corpo (em kg)
c = calor específico do material (em J/kg°C)
ΔT = variação de temperatura (em °C)
Para calcular o calor sensível, basta multiplicar a massa do corpo pelo calor específico do material e pela variação de temperatura. Assim, podemos determinar a quantidade de energia térmica necessária para elevar ou reduzir a temperatura de um corpo.
Por meio de exercícios práticos, é possível compreender melhor como o calor sensível atua em diferentes situações. Exercícios resolvidos ajudam a fixar o conceito e a aplicar a fórmula corretamente, garantindo uma melhor compreensão da termodinâmica.
Utilizando a fórmula Q MCT para cálculos matemáticos de forma eficiente.
Quando falamos de calor sensível, estamos nos referindo à quantidade de calor necessária para alterar a temperatura de uma substância sem que haja mudança de estado físico. Para calcular essa quantidade de calor, podemos utilizar a fórmula Q = MCT, onde Q representa o calor sensível, M a massa da substância, C o calor específico da substância e T a variação de temperatura.
Para realizar um cálculo eficiente utilizando a fórmula Q = MCT, basta multiplicar a massa da substância pela variação de temperatura e pelo calor específico da substância. Por exemplo, se tivermos uma amostra de água com massa de 100g, calor específico de 4,18 J/g°C e a temperatura aumentar em 10°C, podemos calcular o calor sensível da seguinte forma:
Q = M x C x T
Q = 100g x 4,18 J/g°C x 10°C
Q = 4180 J
Portanto, a quantidade de calor sensível necessária para elevar a temperatura da amostra de água em 10°C é de 4180 J.
Utilizando a fórmula Q = MCT, podemos realizar cálculos matemáticos de forma eficiente para determinar a quantidade de calor sensível em diferentes substâncias e situações. É importante lembrar que o calor específico varia de acordo com a substância, portanto, é fundamental utilizar o valor correto para obter resultados precisos.
Modelo matemático que descreve o calor sensível e suas propriedades físicas e térmicas.
O calor sensível é a forma de transferência de energia térmica que ocasiona a variação da temperatura de um sistema, sem que haja mudança de fase. Para descrever matematicamente o calor sensível, utilizamos a equação:
Q = m * c * ΔT
Onde:
Q é a quantidade de calor sensível transferida,
m é a massa do material em questão,
c é o calor específico do material, que varia de acordo com a substância, e
ΔT é a variação de temperatura.
É importante ressaltar que o calor específico é uma propriedade física que depende da natureza do material, sendo expresso em J/kgºC ou cal/gºC. Quanto maior o calor específico de um material, mais energia térmica ele precisa para elevar a sua temperatura em um determinado valor.
Além disso, as propriedades térmicas do material também influenciam na transferência de calor sensível. Materiais com condutividade térmica alta, por exemplo, transferem calor mais facilmente do que materiais com condutividade térmica baixa.
Para calcular o calor sensível em um problema, basta substituir os valores de massa, calor específico e variação de temperatura na fórmula mencionada acima. Vamos resolver um exercício para exemplificar:
Um bloco de ferro de 2 kg recebe uma quantidade de energia térmica que eleva sua temperatura de 20 ºC. Sabendo que o calor específico do ferro é 450 J/kgºC, qual a quantidade de calor sensível transferida para o bloco?
Utilizando a fórmula Q = m * c * ΔT:
Q = 2 kg * 450 J/kgºC * 20 ºC = 18000 J
Portanto, a quantidade de calor sensível transferida para o bloco de ferro é de 18000 Joules.
Calor sensível: conceito, fórmulas e exercícios resolvidos
O calor sensível é a energia térmica fornecida a um objecto por sua temperatura a subir.É o oposto do calor latente, no qual a energia térmica não aumenta a temperatura, mas promove uma mudança de fase, por exemplo, de sólido para líquido.
Um exemplo esclarece o conceito. Suponha que tenhamos uma panela com água à temperatura ambiente de 20 ° C. Quando colocado no queimador, o calor fornecido aumenta a temperatura da água lentamente até atingir 100 ° C (temperatura de ebulição da água ao nível do mar). O calor fornecido é chamado calor sensível.
Quando a água atinge a temperatura de ebulição, o calor fornecido pelo queimador não aumenta mais a temperatura da água, que é mantida a 100 ° C.Nesse caso, a energia térmica fornecida é investida na evaporação da água. O calor fornecido é latente porque não elevou a temperatura, mas causou uma mudança da fase líquida para a fase gasosa.
É um fato experimental que o calor sensível necessário para obter uma certa variação de temperatura é diretamente proporcional a essa variação e à massa do objeto.
Conceito e fórmulas
Observou-se que, além da massa e da diferença de temperatura, o calor sensível também depende do material.Por esse motivo, a constante de proporcionalidade entre o calor sensível e o produto da massa devido à diferença de temperatura é chamada de calor específico.
A quantidade de calor sensível fornecida também depende de como o processo é realizado. Por exemplo, é diferente se o processo for realizado a um volume constante do que a uma pressão constante.
A fórmula para o calor sensível em um processo isobárico , ou seja, a pressão constante, é a seguinte:
Q = cp . m ( Tf – Ti )
Na equação acima, Q é o calor sensível fornecido para o objecto de massa m, que tem uma elevada temperatura inicial T i para o final do valor de T f . Além disso verifica-se na equação c p é o calor específico a pressão constante do material de que o processo é realizado desta maneira.
Observe também que o calor sensível é positivo quando absorvido pelo objeto e causa um aumento de temperatura.
Caso o calor seja fornecido a um gás contido em um recipiente rígido, o processo será isocórico, ou seja, a um volume constante; e a fórmula do calor sensível será escrita assim:
Q = c v. m. ( Tf – Ti )
O coeficiente adiabático γ
A relação entre o calor específico sob pressão constante e o calor específico em volume constante para o mesmo material ou substância é chamada coeficiente adiabático , que geralmente é indicado pela letra grega gama γ.
O coeficiente adiabático é maior que a unidade. O calor necessário para elevar a temperatura de um corpo em um grama de massa em um grau é maior em um processo isobárico do que em um processo isocórico.
Isso ocorre porque, no primeiro caso, parte do calor é usada para realizar trabalhos mecânicos.
Além do calor específico, a capacidade de calor de um corpo também é geralmente definida. Essa é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura desse corpo em um grau centígrado.
Capacidade de calor C
A capacidade de aquecimento é indicada com C maiúsculo, enquanto o calor específico com minúsculo c . A relação entre as duas quantidades é:
C = c⋅m
Onde m é a massa corporal.
Também é utilizado o calor molar específico, que é definido como a quantidade de calor sensível necessária para elevar um grau de graus Celsius ou Kelvin de temperatura a um mol de substância.
Calor específico em sólidos, líquidos e gases
O calor molar específico da maioria dos sólidos tem um valor próximo a 3 vezes R , onde R é a constante universal de gás. R = 8,314472 J / (mol ℃) .
Por exemplo, o alumínio possui calor molar específico 24,2 J / (mol ℃ ), cobre 24,5 J / (mol ℃) , ouro 25,4 J / (mol ℃) e ferro doce 25,1 J / (mol ℃) . Observe que esses valores estão próximos de 3R = 24,9 J / (mol ℃) .
Por outro lado, para a maioria dos gases, o calor molar específico é próximo de n (R / 2) , onde n é um número inteiro e R é a constante universal dos gases. O número inteiro n está relacionado ao número de graus de liberdade da molécula que compõe o gás.
Por exemplo, em um gás monoatômico ideal, cuja molécula tem apenas três graus de liberdade de tradução, o calor molar específico em volume constante é 3 (R / 2) . Mas se é um gás diatômico ideal, existem adicionalmente dois graus de rotação, então c v = 5 (R / 2) .
No gás ideal a seguinte relação entre o calor específico molar a pressão constante e o volume constante é verdade: C P = c v + R .
Menção especial merece água. Em um estado líquido a 25 ℃, a água tem c p = 4,1813 J / (g ℃) , o vapor d’água a 100 graus Celsius tem c p = 2,080 J / (g ℃) e o gelo da água a zero grau celsius tem c p = 2.050 J / (g ℃) .
Diferença com calor latente
A matéria pode ser encontrada em três estados: sólido, líquido e gás. Para alterar o estado da energia é necessária, mas cada substância responde a ela de uma maneira diferente, de acordo com suas características moleculares e atômicas.
Quando um sólido derrete ou um líquido está evaporando, a temperatura do objeto permanece constante até que todas as partículas mudem de estado.
Portanto, é possível que uma substância esteja ao mesmo tempo em equilíbrio em duas fases: sólido – líquido ou líquido – vapor, por exemplo. Uma quantidade da substância pode ser passada de um estado para outro adicionando ou removendo algum calor, enquanto a temperatura permanece fixa.
O calor fornecido a um material faz com que suas partículas vibrem mais rapidamente e aumentem sua energia cinética. Isso se traduz em um aumento de temperatura.
É possível que a energia que eles adquiram seja tão grande que eles não retornem mais à sua posição de equilíbrio e aumentem a separação entre eles. Quando isso acontece, a temperatura não aumenta, mas a substância passa de sólido para líquido ou de líquido para gás.
O calor necessário para que isso aconteça é conhecido como calor latente . Portanto, o calor latente é o calor pelo qual uma substância pode mudar de fase.
Aqui está a diferença com o calor sensível. Uma substância que absorve o calor sensível aumenta sua temperatura e permanece no mesmo estado.
Como calcular o calor latente?
O calor latente é calculado pela equação:
Q = m. L
Onde L pode ser o calor específico de vaporização ou fusão. As unidades de L são energia / massa.
Os cientistas deram vários nomes ao aquecimento, dependendo do tipo de reação em que ele participa. Por exemplo, há o calor da reação, o calor da combustão, o calor da solidificação, o calor da solução, o calor da sublimação e muitos outros.
Os valores de muitos desses tipos de calor para diferentes substâncias são tabulados.
Exercícios resolvidos
Exemplo 1
Suponha um que tenha um pedaço de alumínio com 3 kg de massa. Inicialmente, está a 20 ° C e é desejável elevar sua temperatura para 100 ° C. Calcule o calor sensível necessário.
Solução
Antes de tudo, precisamos conhecer o calor específico do alumínio
c p = 0,897 J / (g ° C)
Então, a quantidade de calor necessária para aquecer o pedaço de alumínio será
Q = c p m (Tf – Ti) = 0,897 * 3000 * (100 – 20) J
Q = 215280 J
Exemplo 2
Calcule a quantidade de calor necessária para aquecer 1 litro de água de 25 ° C a 100 ° C ao nível do mar. Expresse o resultado também em quilocalorias.
Solução
A primeira coisa a lembrar é que 1 litro de água pesa 1 kg, ou seja, 1000 gramas.
Q = c p m (Tf – Ti) = 4,1813 J / (g ℃) * 1000 g * (100 ℃ – 25 ℃) = 313597,5 J
A caloria é uma unidade de energia que é definida como o calor sensível necessário para elevar um grama de água a um grau Celsius. Portanto, 1 caloria é igual a 4,1813 Joules.
Q = 313597,5 J * (1 cal / 4,1813 J) = 75000 cal = 75 kcal .
Exemplo 3
Um pedaço de 360,16 gramas de material é aquecido de 37 ℃ a 140 ℃. A energia térmica fornecida é 1150 calorias.
Encontre o calor específico do material.
Solução
Podemos escrever o calor específico de acordo com o calor sensível, a massa e a variação da temperatura de acordo com a fórmula:
c p = Q / (m ΔT)
Substituindo os dados, temos o seguinte:
c p = 1150 cal / (360,16 g * (140 ℃ – 37 ℃)) = 0,0310 cal / (g ℃)
Mas como uma caloria é igual a 4,1813 J, o resultado também pode ser expresso como
c p = 0,130 J / (g ℃)
Referências
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