durante o dia, mesmo quando está fazendo muito calor, a água da lagoa permanece gelada por um longo tempo. Porém, ao final da tarde e por algum tempo durante a noite, a água fica morna. INDIQUE a propriedade da água relacionada a este fenômeno
Soluções para a tarefa
Calor e equilíbrio térmico
A transferência de calor sempre ocorre de forma espontâneara para o corpo de menor temperatura. Essa transferência de energia em forma de calor
Calor sensível
Quando há diferença de temperatura entre dois corpos, ou entre um corpo e suas vizinhanças, haverá troca de calor entre eles de forma espontânea, de modo que o corpo de temperatura mais elevada resfrie-se, e os corpos de menor temperatura aqueçam-se até que todos atinjam a temperatura de equilíbrio térmico.
A quantidade de calor que é trocada entre corpos que se encontram em diferentes temperaturas é chamada de calor sensível e essa quantidade pode ser calculada a partir da fórmula mostrada na figura abaixo:
Q – calor (cal ou J)
m – massa (g ou kg)
c - calor específico (cal/gºC ou J/kg.K)
ΔT – variação de temperatura (ºC ou K)
Na fórmula mostrada acima, é importante destacarmos a grandeza de nome calor específico. Tal grandeza mede a quantidade de energia por massa que alguma substância precisa ceder, ou absorver, para ter a sua temperatura variada em 1ºC. No caso da água pura, por exemplo, e em condições normais de pressão, para variarmos sua temperatura em 1ºC é necessário 1,0 caloria para cada grama de água.
Assim, todas as substâncias que têm contato térmico estabelecido entre si tendem a atingir a condição de equilíbrio térmico com o passar do tempo de forma espontânea, no entanto, algumas necessitam de uma maior quantidade de energia para tal e isso afeta diretamente a temperatura para atingir o equilíbrio térmico.
Leia também: O que é temperatura?
Calor latente
É possível que durante as trocas de calor com suas vizinhanças, um corpo apresente pressão, temperatura e volume que o levem a sofrer uma mudança em seu estado físico. Essas mudanças ocorrem em temperatura constante (para corpos compostos por uma única substância, sem impurezas), ou seja, apesar de estarem recebendo ou cedendo calor para o meio externo, a temperatura desses corpos não se altera.
Isso só é possível porque toda a energia trocada, nesse caso, está sendo usada para alterar a conformação de suas moléculas. A partir do momento em que se “vence” a barreira energética e todo o conteúdo do corpo encontra-se em outro estado físico, o corpo continua a troca de calor com as vizinhanças, a menos, é claro, que a sua temperatura seja igual à temperatura externa.
O calor latente pode ser calculado a partir da fórmula mostrada na figura abaixo, confira:
Q – calor latente (cal ou J)
m – massa (g ou kg)
L – calor latente específico (cal/g ou J/kg)
Fórmula de equilíbrio térmico
Caso queiramos descobrir qual é a temperatura de equilíbrio de algum sistema termodinâmico, é necessário que consideremos o sistema em questão como um sistema isolado, isto é, devemos assumir que nenhuma quantidade de calor seja trocada com as vizinhanças desse sistema.
A partir dessa condição, podemos dizer que toda a quantidade de calor trocada, é trocada somente entre os corpos que constituem esse sistema, desconsiderando as perdas de calor para as paredes do recipiente, por exemplo. Nesse caso, dizemos que o recipiente tem capacidade térmica desprezível, ou seja, ele não absorve nenhum calor.
Imagine a seguinte situação: em uma xícara de chá quente, de capacidade térmica desprezível, despeja-se alguns cubos de gelo. Para determinarmos a temperatura de equilíbrio térmico, além de conhecermos as condições iniciais do sistema, devemos fazer algumas considerações:
Toda a quantidade de calor que o chá quente ceder para o gelo será absorvida integralmente por ele, uma vez que a xícara tem capacidade térmica desprezível.
Devemos desconsiderar as perdas de calor para o ar e para quaisquer outras vizinhanças, de forma que essa xícara de chá possa ser entendida como um sistema termodinâmico fechado.
Dessa forma, podemos estabelecer que toda a quantidade de calor recebida pelo gelo foi cedida pelo chá quente, com isso, escrevemos nossa fórmula para o cálculo do equilíbrio térmico:
QR – Calor recebido
QC – calor cedido
O calor cedido (QC), diz respeito à quantidade de calor que o chá quente transferiu para os cubos de gelo nele inseridos. Já o calor recebido (QR) é a quantidade de calor que esses cubos de gelo receberam. Essa quantidade de calor terá duas naturezas: calor sensível e calor latente, uma vez que, para entrar em equilíbrio térmico, os cubos de gelo provavelmente derreterão.
Determinando a temperatura de equilíbrio térmico
Vamos determinar a temperatura de equilíbrio térmico da seguinte situação:
Uma xícara, de capacidade térmica desprezível, que contém 200 ml (200g) de chá à temperatura inicial de 70 ºC, recebe 10g de gelo à temperatura de -10 ºC. Determine a temperatura de equilíbrio térmico do sistema (considere que o calor específico do chá seja igual ao calor específico da água):
Dados:
cÁGUA = 1,0 cal/gºC
cGELO = 0,5 cal/gºC
LGELO = 80 cal/g