Definição de Calor
Enquanto energia interna se refere à energia total de todas as moléculas dentro do objeto, o calor é a quantidade de energia que flui de um corpo para outro espontaneamente devido à diferença de temperatura. O calor é uma forma de energia, mas é energia em trânsito . O calor não é propriedade de um sistema. No entanto, a transferência de energia como calor ocorre no nível molecular como resultado de uma diferença de temperatura .
Considere um bloco de metal em alta temperatura, que consiste em átomos que oscilam intensamente em torno de suas posições médias. A baixas temperaturas , os átomos continuam a oscilar, mas com menos intensidade . Se um bloco mais quente de metal é colocado em contato com um bloco mais frio, os átomos intensamente oscilantes na borda do bloco mais quente emitem sua energia cinética para os átomos menos oscilantes na borda do bloco mais frio. Nesse caso, há transferência de energia entre esses dois blocos e o calor flui do bloco mais quente para o mais frio por essas vibrações aleatórias.
Além disso, como no trabalho, é importante distinguir entre o calor adicionado a um sistema do ambiente e o calor removido do sistema para o ambiente. Q é positivo para o calor adicionado ao sistema, portanto, se o calor sai do sistema, Q é negativo. Como W na equação é o trabalho realizado pelo sistema, se o trabalho for realizado no sistema, W será negativo e E int aumentará.
O símbolo q é algumas vezes usado para indicar o calor adicionado ou removido de um sistema por unidade de massa . É igual ao calor total (Q) adicionado ou removido dividido pela massa (m).
Distinguindo temperatura, calor e energia interna
Usando a teoria cinética, uma distinção clara entre essas três propriedades pode ser feita.
- A temperatura está relacionada às energias cinéticas das moléculas de um material. É a energia cinética média das moléculas individuais.
- Energia interna refere-se à energia total de todas as moléculas dentro do objeto. É uma propriedade extensa , portanto, quando dois lingotes quentes de aço com massa igual podem ter a mesma temperatura, mas dois deles têm o dobro da energia interna que um.
- Finalmente, calor é a quantidade de energia que flui de um corpo para outro espontaneamente devido à diferença de temperatura.
Deve-se adicionar, quando existe uma diferença de temperatura , o calor flui espontaneamente do sistema mais quente para o sistema mais frio . Assim, se um cubo de aço de 5 kg a 100 ° C for colocado em contato com um cubo de aço de 500 kg a 20 ° C, o calor fluirá do cubo a 300 ° C para o cubo a 20 ° C, mesmo que a energia interna do cubo de 20 ° C é muito maior porque há muito mais.
Um conceito particularmente importante é o equilíbrio termodinâmico . Em geral, quando dois objetos são colocados em contato térmico , o calor flui entre eles até que entrem em equilíbrio um com o outro.
Exemplo – Evaporação da água à pressão atmosférica
Calcule o calor necessário para evaporar 1 kg de água à pressão atmosférica (p = 1,0133 bar) e à temperatura de 100 ° C.
Solução:
Como esses parâmetros correspondem ao estado líquido saturado, somente o calor latente de vaporização de 1 kg de água é necessário. Nas tabelas de vapor , o calor latente de vaporização é de L = 2257 kJ / kg. Portanto, o calor necessário é igual a:
ΔH = 2257 kJ
Observe que a entalpia específica inicial h 1 = 419 kJ / kg, enquanto a entalpia específica final será h 2 = 2676 kJ / kg. A entalpia específica do vapor seco a baixa pressão é muito semelhante à entalpia específica do vapor seco a alta pressão, apesar de terem temperaturas diferentes.
Exemplo – Evaporação de água a alta pressão
Calcule o calor necessário para evaporar 1 kg de água de alimentação à pressão de 6 MPa (p = 60 bar) e à temperatura de 275,6 ° C ( temperatura de saturação ).
Solução:
Como esses parâmetros correspondem ao estado líquido saturado , somente o calor latente de vaporização de 1 kg de água é necessário. Nas tabelas de vapor, o calor latente de vaporização é de L = 1571 kJ / kg. Portanto, o calor necessário é igual a:
ΔH = 1571 kJ
Observe que a entalpia específica inicial h 1 = 1214 kJ / kg, enquanto a entalpia específica final será h 2 = 2785 kJ / kg.
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