F132ª série do Ensino Médio10 exercíciosSimulador autoral
Calor é energia em trânsito, sempre do corpo mais quente para o mais frio, até que os dois fiquem com a mesma temperatura. No simulador você coloca duas porções de água (ou gelo) em contato dentro de um calorímetro, acompanha os termômetros e vê a temperatura de equilíbrio aparecer, inclusive o patamar da fusão do gelo.
Antes, convém saber: Energia e suas transformações
Temperatura mede o grau de agitação das partículas. As três escalas se relacionam por $\frac{T_C}{5}=\frac{T_F-32}{9}=\frac{T_K-273}{5}$. Para variações, a conta é outra: $\Delta T_C=\Delta T_K$ e $\Delta T_F=1{,}8\,\Delta T_C$. O zero absoluto ($0$ K $=-273\,{}^\circ\text{C}$) é a menor temperatura possível.
Aquecidos, os corpos aumentam de tamanho na proporção da variação de temperatura: $\Delta L=L_0\,\alpha\,\Delta T$ (linear), $\Delta A=A_0\,\beta\,\Delta T$ com $\beta=2\alpha$ (superficial) e $\Delta V=V_0\,\gamma\,\Delta T$ com $\gamma=3\alpha$ (volumétrica). Um furo numa chapa dilata como se fosse feito do próprio material. A água é exceção entre $0$ e $4\,{}^\circ\text{C}$: nessa faixa ela se contrai ao ser aquecida.
Enquanto a temperatura muda, o calor é sensível: $Q=m\,c\,\Delta T$. O calor específico $c$ diz quanto calor cada grama precisa para subir $1\,{}^\circ\text{C}$; a água tem um dos maiores, $c=1\,\text{cal/g}\,{}^\circ\text{C}\approx4{,}2\,\text{J/g}\,{}^\circ\text{C}$, por isso esquenta e esfria devagar. O produto $C=m\,c$ é a capacidade térmica do corpo.
Durante uma mudança de fase a temperatura fica parada e o calor é latente: $Q=m\,L$. Para a água, $L_F=80\,\text{cal/g}$ (fusão) e $L_V=540\,\text{cal/g}$ (vaporização). Fusão e vaporização absorvem calor; solidificação e condensação liberam a mesma quantidade. Na curva de aquecimento (temperatura × calor recebido), os trechos inclinados são calor sensível e os patamares são calor latente.
Num calorímetro ideal (sistema isolado), todo o calor que um corpo cede, outro recebe: $Q_1+Q_2+\dots=0$, com $Q>0$ para quem recebe e $Q<0$ para quem cede. As trocas param quando todos atingem a mesma temperatura, a temperatura de equilíbrio. Misturando porções da mesma substância, sem mudança de fase, ela é a média ponderada pelas massas: $T_{eq}=\frac{m_1T_1+m_2T_2}{m_1+m_2}$.
São três caminhos. A condução passa de partícula em partícula, por contato, e é forte nos metais. A convecção só existe em fluidos: a parte aquecida fica menos densa e sobe, a fria desce. A irradiação é feita por ondas eletromagnéticas e é a única que atravessa o vácuo; é assim que o calor do Sol chega até nós.
Carregando o simulador…
Abrir só o simulador em outra aba · feito em HTML pelo Prof. Luis Teixeira
Misturam-se $200$ g de água a $80\,{}^\circ\text{C}$ com $300$ g de água a $20\,{}^\circ\text{C}$ num calorímetro ideal. Qual a temperatura de equilíbrio?
Quanto calor é preciso para transformar $200$ g de gelo a $-10\,{}^\circ\text{C}$ em água a $30\,{}^\circ\text{C}$? Use $c_{gelo}=0{,}5\,\text{cal/g}\,{}^\circ\text{C}$, $L_F=80\,\text{cal/g}$ e $c_{água}=1\,\text{cal/g}\,{}^\circ\text{C}$.
Resolva no papel antes de abrir a resposta. Conferir cedo demais atrapalha o aprendizado.
Converta $25\,{}^\circ\text{C}$ para as escalas Fahrenheit e Kelvin.
Quanto calor é necessário para aquecer $500$ g de água de $20\,{}^\circ\text{C}$ até $70\,{}^\circ\text{C}$?
Quanto calor é necessário para derreter $100$ g de gelo a $0\,{}^\circ\text{C}$? ($L_F=80\,\text{cal/g}$)
A temperatura de um forno subiu $100\,{}^\circ\text{C}$. Qual foi a variação em kelvin e em graus Fahrenheit?
Um trilho de aço de $2$ m, com $\alpha=1{,}2\times10^{-5}\,{}^\circ\text{C}^{-1}$, é aquecido de $20\,{}^\circ\text{C}$ a $70\,{}^\circ\text{C}$. Quanto ele aumenta?
Misturam-se $100$ g de água a $90\,{}^\circ\text{C}$ com $400$ g de água a $15\,{}^\circ\text{C}$, sem perdas. Qual a temperatura final?
Um bloco de metal de $200$ g a $100\,{}^\circ\text{C}$ é colocado em $300$ g de água a $20\,{}^\circ\text{C}$, e o equilíbrio ocorre a $25\,{}^\circ\text{C}$. Qual o calor específico do metal?
Uma chaleira elétrica entrega $1\,000$ W à água. Quanto tempo leva para aquecer $1$ L ($1\,000$ g) de água de $20\,{}^\circ\text{C}$ a $100\,{}^\circ\text{C}$? ($c=4{,}2\,\text{J/g}\,{}^\circ\text{C}$)
Colocam-se $50$ g de gelo a $0\,{}^\circ\text{C}$ em $200$ g de água a $40\,{}^\circ\text{C}$. Qual a temperatura de equilíbrio?
Colocam-se $100$ g de gelo a $0\,{}^\circ\text{C}$ em $200$ g de água a $20\,{}^\circ\text{C}$. Qual o estado final?
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