terça-feira, 19 de outubro de 2010

Calor latente




Calor latente é a grandeza física relacionada à quantidade de calor que uma unidade de massa de determinada substância deve receber ou ceder para mudar de fase, ou seja, passe do sólido para o líquido, do líquido para o gasoso e vice versa. Durante a mudança de fase a temperatura da substância não varia, mas seu estado de agregação se modifica. O calor latente pode assumir tanto valores positivos quanto negativos. Se for positivo quer dizer que a substância está recebendo calor, se negativo ela está cedendo calor. No Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade é kJ/kg ( quiloJoule por quilograma). Outra unidade usual é caloria por grama (cal/g). A unidade caloria tende a desaparecer à medida que o SI vá sendo implantado pelos países que o aprovaram.
Para calcular o calor latente de uma subtância, basta dividir a quantidade de calor Q que a substância precisa ganhar ou perder para mudar de fase pela massa m da mesma.
L = {Q \over m} \Rightarrow Q = m.L
Temos que L é o calor latente em kJ/kg ou cal/g.
  • Usaremos:
    • Lf - para calor latente de fusão.
    • Lv - para calor latente de vaporização.
    • Ls - para calor latente de solidificação.
    • Lc - para calor latente de condensação.

·         Diferente do calor sensível, quando fornecemos energia térmica a uma substância, sua temperatura não varia, mas seu estado de agregação se modifica, esse é o chamado calor latente. Essa é a grandeza física que informa a quantidade de energia térmica (calor) que uma unidade de massa de uma substância deve perder ou receber para que ela mude de estado físico, ou seja, passe do sólido para o líquido, do líquido para o gasoso e assim por diante.

Determinado pela letra L, o calor latente de uma substância é calculado através da razão entre a quantidade de calor (Q) que a substância deve receber ou ceder e a massa (m) da mesma, ou seja, matematicamente temos:
·         L = Q/m
·         O calor latente pode ser positivo ou negativo. Quando positivo indica que o material está recebendo calor e quando negativo, indica que está perdendo calor. No Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade de calor latente é o joule por quilograma (J/Kg), mas na prática utiliza-se muito a caloria por grama (cal/g).


trocas de calor nas mudanças de estado


A troca de calor entre materiais, ou seja, propagação de energia térmica, pode causar mudanças nos materiais que trocam energia. As principais mudanças que podem ocorrer num material devido à variações de sua energia térmica são: variação da temperatura, variação de volume e mudança de estado físico.
Todos os materiais são formados por moléculas (menor parte da matéria que conserva as característica de uma substância), sendo que a maioria dos materiais que encontramos na natureza são formados pela mistura de diferentes substâncias. O efeito do aumento de energia térmica num material é o aumento da velocidade com que as moléculas se movem (vibram) no material. O aumento de temperatura se dá por que a temperatura que sentimos é um indicativo da energia cinética com que as moléculas estão vibrando, ou seja, o quão rápido as moléculas estão se movimentando. O estado físico de um material, sólido, líquido ou gasoso, é devido à interação elétrica existente entre as moléculas das substâncias de que é formado o material. Com o aumento da energia térmica das moléculas, ou seja, com o aumento da intensidade com que vibram as moléculas, chega-se a uma certa temperatura onde a intensidade da vibração é suficiente para superar a interação molecular existente. Então ocorre a mudança de estado. As moléculas de um sólido vibram em torno de uma posição fixa; na mudança para o estado líquido as moléculas deixam de ter esta posição fixa de vibração, e com isso podem se deslocar de um lugar para outro. Na mudança do estado líquido para o gasoso, as moléculas deixam de ter interações entre si e passam a se movimentar para qualquer direção, se movendo pelo ambiente todo em que estiver o gás. A diminuição da quantidade de energia térmica simplesmente faz com que os mesmos fenômenos aconteçam, só que em ordem contrária.





Princípio das trocas de calor


Já vimos que dois ou mais corpos a temperaturas diferentes, formando um sistema isolado, tendem a atingir a mesma temperatura.
Quando isso ocorre, costuma-se dizer que esses corpos trocam calor. Como calor é energia, o Princípio da Conservação da Energia garante que a energia total envolvida nesse processo é constante. Além disso, se um corpo cede calor e não muda de fase, a sua temperatura final (t) torna-se menor que a inicial (t0). Portanto, a variação de temperatura (Δt = t – t0) e a quantidade de calor cedida (Qc) são negativas. Por raciocínio análogo, quando o corpo recebe calor, a variação da temperatura e a quantidade de calor recebida (Qr) são positivas. Veja o esquema:
Assim, se o sistema for isolado e houver apenas trocas de calor entre os seus constituintes, a soma algébrica das quantidades de calor cedidas (ΣQc) e recebidas (ΣQr) deve ser nula:
ΣQc + ΣQr = 0
Essa é uma consequência imediata do Princípio da conservação da Energia. Qualquer resultado diferente de zero indicaria a perda ou o ganho de energia, o que contraria esse princípio.

 

TROCAS DE CALOR



Os processos de troca de calor entre sistemas a diferentes temperaturas pode se dar de três maneiras preferenciais:
- CONDUÇÃO TÉRMICA: ocorre em sólidos e depende do coeficiente de condutividade térmica; não é difícil perceber que plásticos e madeira não conduzem tão bem o calor quanto outros materiais como os metais, por exemplo. Fatores que implicam na maior ou menor condutividade térmica: as características físico-químicas, a espessura do material, a área de contato entre materiais, o tempo que o material fica em contato com o outro e, logicamente, a diferença de temperatura entre as extremidades do material condutor..
Como calcular a quantidade de energia que é conduzida em um meio material em um determinado tempo??? Utilize a expressão:


- CONVECÇÃO TÉRMICA: explicada pelo movimento de fluxos ascendentes e descentes em fluídos (líquidos e gases), elevando massas aquecidas e rebaixando massas resfriadas destes mesmos fluídos; essa elevação se dá pelo fato de que o fluído mais aquecido é menos denso que o mesmo fluído resfriado, ou seja, possui menos massa (kg) ocupando um certo volume (litro, m³, ...). Por este motivo, quando se instala um ar condicionado refrigerador em uma residência o equipamento é colocado na parte superior da parede. Com isso, a massa de ar "frio" circula pelo ambiente até as regiões mais próximas do chão, climatizando o ambiente de forma mais eficaz do que se fosse instalado junto ao chão (nossos pés ficariam gelados e o resto do ambiente estaria quente!!!).
De outra forma, nos gases e nos líquidos o calor se propaga principalmente por convecção, um processo de transferência de energia em que ocorre deslocamento de matéria de uma região para outra. Quando um líquido (ou gás) é aquecido, sua densidade diminui em relação à densidade das partes menos quentes. O material aquecido sobe, deslocando o que está com temperatura menor. Esse deslocamento cria correntes no interior do líquido (ou do gás), denominadas correntes de convecção ou correntes térmicas.

Quantidade de calor trocada


A quantidade de calor é a quantidade de energia trocada entre dois corpos em contato quando há diferença de temperatura.
A quantidade de calor pode ser: sensível, quando acarreta variação de temperatura; ou latente, quando acarreta a mudança de fase.


 
Para cada caso usamos características particulares da substância para calcularmos a quantidade de calor envolvida no processo. Na quantidade de calor sensível usamos o calor específico da substância no determinado estado físico; e na quantidade de calor latente, usamos o calor latente correspondente a referida mudança de fase.