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Calor específico e calor latente de fusão e de vaporização

Transcrição de vídeo

vamos falar sobre calor específico e calor latente difusão e de vaporização vamos dizer que você tem um recipiente com algum líquido aqui e você quer aumentar a sua temperatura para isso provavelmente você adicionaria calor mas quanto calor você precisaria adicionar existe uma fórmula para isso vamos tentar descobrir o que deveria estar aqui ea quantidade de calor depende de algumas poucas coisas uma coisa é enquanto você quer aumentar a temperatura ou seja quanto mais você queira fazer a temperatura aumentar maior a quantidade de calor que você precisa fornecer também dependemos de quanto material nós temos para aquecer o que é que representado pela massa ou seja quanto mais massa mais calor temos que adicionar para elevar a temperatura ea quantidade de calor também depende de mais uma coisa que é o calor específico particularmente para cada material ou seja certos materiais oferecem maior resistência para a variação da temperatura do que outros se um certo material tem um calor específico muito alto então é necessário muito calor para aumentar a sua temperatura sejamos agora um pouco mais específicos vamos dizer que o líquido aqui é a água e está uma temperatura inicial de 20 graus celsius vamos dizer que temos aqui dois quilogramas de água eo calor específico da água você pode pesquisar por aí e vai encontrar que são 4.186 jales por quilograma graus celsius estas unidades dão a você uma pequena idéia do que é o calor específico o calor específico da água nos informa que para aumentar em 1 graus celsius um quilograma de água são necessários 4.186 jogos de energia é bastante energia o calor específico da água é bem alto a água pode receber uma grande quantidade de energia térmica sem que a sua temperatura varia muito vamos dizer que queremos elevar a temperatura da água até 50 graus celsius qual é a quantidade de calor que nós vamos ter que fornecer para chegar a essa temperatura vamos voltar à fórmula a quantidade de calor é igual vamos ter a massa que são dois quilogramas vezes o calor se fico da água que são 4.186 jales por quilograma graus celsius a variação da temperatura que na verdade a temperatura final - a temperatura inicial neste caso 50 graus celsius - 20 graus celsius efetuando as multiplicações chegamos ao resultado de 251 mil cento e sessenta jales é uma quantidade grande de energia para fazer dois quilogramas de água simplesmente aumentar em sua temperatura em 30 graus celsius é por isso que a água chamada de uma grande pilha de energia porque você pode colocar bastante energia nela ea sua temperatura não vai variar tanto esse exemplo era bem simples vamos olhar algo mais difícil agora vamos dizer que agora ao invés de colocar fogo por exemplo para esquentar a água vamos mergulhar nela um cubo quente feito de cobre este cubo de cobre têm meio quilograma de massa está quente nós vamos mergulhar na água o cubo de cobre vai esfriar ea água vai esquentar até atingir o equilíbrio e o equilíbrio se dará em qual temperatura que será evidentemente a mesma para o cobre para a água vamos aqui localizar os dados a massa do cobre já tinha informado que é de meio quilograma a temperatura inicial do cobre digamos seja de 90 graus celsius ele está bem quente precisamos também o calor específico do cobre que é 387 já li por quilograma graus celsius e vamos considerar que a água está nas mesmas condições do que no outro exemplo ou seja temos aqui dois quilogramas de massa calor específico de 4.186 de aula por quilograma graus celsius ea temperatura inicial da água de 20 graus celsius o que já podemos deduzir é que a temperatura de equilíbrio vai estar portanto entre 20 e 90 graus celsius mas temos que descobrir exatamente qual essa temperatura de equilíbrio e o truque é perceber que o cobre vai perder calor ea água vai ganhar este calor que justamente vai receber do cobre ou seja a mesma quantidade de calor que o cobre perde água ganha claro estamos assumindo que não há perda de calor para o ambiente ou seja temos aqui o que normalmente chamamos de calorímetro que algo isolado algo que não permite que calor saia ou que calor entre esse não há calor saindo daqui então todo o calor que o cobre perde é exatamente o calor que a água ganha então basicamente se você adicionar à quantidade de calor do cobre mais a da água você vai obter zero porque um desses vai ser negativo aquele que estiver perdendo calor e outro positivo mas com o mesmo módulo e como vamos encontrar isso temos uma fórmula você se lembra que é igual a mc delta t para quem gosta de dicas que é igual ao mcd até podemos ler como que macete vamos escrever aqui para o cobre 0,5 quilogramas de massa vezes o calor específico 387 vezes a variação da temperatura vou indicar o fato de que eu não sei a temperatura final por tf e deixar aqui como uma incógnita - a temperatura inicial que eu sei que a 90 graus celsius mas a quantidade de calor que a água ganhou vou usar de novo que macete a massa da água dois quilogramas o calor específico 4.186 vezes a variação de temperatura de novo eu não sei a temperatura final que eu vou indicar por tf ea mesma temperatura final do cobre - a temperatura inicial de 20 graus celsius já informada e toda essa expressão tem que ser igual a zero você pode neste momento se intimidar um pouquinho porque a expressão parece um pouco grande mas não vai ser tão difícil resolvê la afinal só temos uma incógnita que o tf observe que esta parte laranja tem que ser um número negativo porque o cobre está perdendo calor enquanto a parte branca vai ser um número positivo com o mesmo módulo já que a soma resulta em zero que era justamente a condição do problema nós vamos agora efetuar as multiplicações isolar o tf e responder o problema porque já vamos ter o valor da temperatura final vou agrupar aqui os termos semelhantes vou procurar isolar o tf entre aspas passando tudo para o outro lado cuidadosamente com a seqüência correta das operações e eu chego que a temperatura final de 21,58 graus celsius e você pode pensar só isso 21,58 graus celsius o cobre estava numa temperatura céu de 90 graus celsius ele realmente aqui só água mas só 1,58 graus o que nos ajuda a justificar isto é que o calor específico da água muito maior do que o do cobre ou seja uma grande variação de temperatura para o cobre fornece calor suficiente para apenas uma pequena variação de temperatura na água além do que a massa do cobre nesta situação era bem menor do que a massa da água observe também que poderemos ter a situação em que o recipiente absorver uma parte do calor fornecido pelo cobre e teremos que considerá lo aqui na nossa equação poderemos também ter adicionado um outro cubo de algum outro material fazendo a temperatura variar eu acrescentaria aqui na nossa equação também ou seja eu adicionaria todos os que de todos os envolvidos nessa situação que podem ganhar ou perder calor igualar essa soma zero porque não há calor saindo ou entrando neste sistema ou seja todo o calor está sendo trocado entre os envolvidos ali não há calor criado ou destruído ele simplesmente está sendo transferido entre os corpos que estão interagindo então esta é a chave para você resolver problemas deste tipo você adicionar todos os desenvolvidos igualando a 0 e depois é só resolver por um valor desconhecido que neste caso era o tf em outras situações você pode precisar conhecer a massa de um deles o calor específico de outro mas basta resolver a equação chegar à resposta deixe me fazer outra pergunta agora digamos que temos aqui a mesma quantidade de água na mesma temperatura inicial de 20 graus celsius ea pergunta agora é quanto o calor é preciso fornecer para essa água se transformar em vapor quero transformar toda essa massa líquida em vapor a primeira coisa que eu preciso saber aqui é aqui temperatura nós vamos ter a ebulição da água e sabemos que essa temperatura de 100 graus celsius vou usar o que macete a massa de dois quilogramas calor específico de quatro mil cento e oitenta e seis vezes a variação de temperatura 100 graus celsius - 20 graus celsius e eu consigo calcular quanto de calor é preciso fornecer água para que ela atinja 100 graus celsius que a temperatura de ebulição fazendo as contas chegamos a 669 mil 760 jaula de energia para que a água se aqueça até 100 graus celsius mas isso não é suficiente para ferver a água para fazer a ebulição acontecer precisamos adicionar mais calor para que a água ferva e se transforme totalmente vapor como desejado e qual é essa quantidade de calor aqui estamos falando de algo relacionado ao calor latente difusão ou vaporização neste caso a atualização porque estou transformando líquido em gasoso se eu desejasse transformar sólido e líquido estaria falando do calor latente difusão e para calcular o que a quantidade de calor necessária para transformar a água em vapor desde que ela já esteja no ponto de ebulição é esta aqui mas antes vamos lembrar uma coisa no primeiro momento nós usamos o que macete para calcular a quantidade de calor necessária para avaliar a temperatura da água agora que já está 100 graus celsius vamos calcular a quantidade de calor necessária para que a água se transforme de líquido em vapor e ela já está a 100 graus celsius e nessa mudança de fase não vamos ter variação da temperatura a fórmula utilizada para esse cálculo é que é igual e me vezes l em que m é a massa de água que temos aqui e ela é o calor latente neste caso de vaporização para o caso de fusão seria o calor latente difusão o calor latente é também algo específico do material e para a água calor latente de vaporização é de nada menos que 2 milhões e 260 mil já ao lis por quilograma ou seja a quantidade de calor necessário para transformar somente um quilo de água líquida já estando a 100 graus celsius em um quilo de vapor de água também a 100 graus celsius é de nada menos que esse valor de dois milhões duzentos e sessenta mil jales então aqui já calculamos a quantidade de calor para fazer a água se aquecer de 20 até 100 graus celsius e agora a quantidade total de calor que eu preciso para que ela se transforme totalmente vapor tem que ser adicionada que a quantidade de calor de vaporização que é dois quilos às vezes dois milhões duzentos e sessenta mil jogos por quilograma e esta parte verde resulta em quatro milhões quinhentos e vinte mil jales e no final das contas vamos ter cinco milhões 189 mil 760 charles de energia necessária para fazer a água a 20 graus celsius se transformar totalmente em dois quilogramas de vapor de água 100 graus celsius ainda há mais uma coisa que eu quero mostrar para você digamos que agora ao invés de começar com água líquida estamos iniciando com gelo temos aqui um grande pedaço de três quilogramas de gelo que está uma temperatura inicial de menos 40 graus celsius a pergunta que eu quero fazer aqui é qual é a quantidade de calor que eu preciso fornecer a este bloco para transformá lo em três quilogramas de vapor de água mas a uma temperatura final de 160 graus celsius para facilitar a visualização do que queremos observar eu vou traçar um gráfico em que temos a temperatura em função da quantidade de calor que fornecemos ao bloco de gelo mas antes de fazer um comentário alguns poderiam dizer simplesmente vou usar o que macete e teremos aqui três quilogramas de massa vezes o calor específico que agora posso não saber qual é depois eu pego vezes a variação da temperatura temperatura final é 160 graus celsius - a temperatura inicial que é menos 40 graus celsius então só falta aqui o calor específico eu coloco na fórmula 1 chegou a resultado isso está errado cuidado em primeiro lugar qual canal específico eu vou colocar aqui do gelo da água líquida ou do vapor de água que são todos diferentes além disso nós vamos ter mudanças de fase de sólido para líquido e mais pra frente de líquido para o gasoso localizar aqui a temperatura inicial de menos 40 graus celsius eu sei que ela está acima do eixo horizontal mas é só para ter uma referência neste momento eu estou fornecendo calor a temperatura vai subir até 0 grau celsius que é onde acontece a fusão portanto a temperatura vai ficar constante enquanto o gelo se transforma em água líquida mas nessa primeira parte aqui do gelo aquecendo posso usar o que macete colocando as informações aqui tudo com sinal negativo da temperatura inicial o resultado vai ser 250 mil e oitocentos jales mas isso foi simplesmente para fazer o gelo chegar ao ponto de fusão aqui enquanto a temperatura constante a zero grau o gelo está se fundindo transformando se em água líquida e qual é a quantidade de calor que precisamos aqui para fundir todo o gelo estamos em uma mudança de fase então vamos usar que é igual n vezes l ela é o calor latente difusão da água do gelo pra água que é de 333 mil jolie por quilograma o que nos vai dar 999 mil jaulas de calor necessário para derreter todo e sigilo ok depois de reter todo o gelo vamos tomar a água líquida e aquecê la até que a temperatura não é 160 graus celsius nós vamos aquecer até 100 graus celsius que é quando ela atingiu ponto de ebulição neste período de novo crescimento vamos usar o que macete não há mudança de fase aqui e vamos ter colocando os dados 1 milhão 255.800 jaulas para aquecer essa água agora vamos transformar a água líquida em vapor de água quanto calor vamos precisar mais uma vez vamos usar o que é igual ml estamos tratando da mudança de fase a massa de três quilogramas e o calor latente de vaporização de dois milhões duzentos e sessenta mil jolie por quilograma ea quantidade de calor aqui necessária é de 6 milhões setecentos e oitenta mil jales temos ainda mais um passo que é elevar a temperatura deixa por de água que agora está 100 graus celsius até 160 graus celsius temos de novo que macete a massa de vapor de três quilogramas o calor específico do vapor é de 2010 a temperatura final 160 - a temperatura inicial de 100 da variação de 60 fazendo as contas agora temos 361 mil e 800 jogos de energia para aquecer o vapor até 160 graus celsius e aqui estão as quantidades de calor que todas juntas vão fazer o bloco de gelo de menos 40 graus celsius atingir o estado de vapor a 160 graus celsius até o próximo vídeo