saldo energético num sistema termodinâmico

Atividade laboratorial 07

Saldo energético num sistema termodinâmico

Objetivo: O objectivo desta actividade laboratorial é determinar se é mais eficaz utilizar a mesma massa de gelo ou água a 0ᵒC para arrefecer um copo de água.

Questões pré-laboratoriais:
1. a) A temperatura não se altera porque a energia quebra as ligações moleculares mas não aumenta a agitação das moléculas.
b) A energia interna da água aumenta.
2. Entalpia de fusão do gelo.
3. E = m × ΔHfusão  E = 0,1×3,33×105  E = 3,34×104 J
4. a) Q = mc∆Ɵ  Q = 0,1×2100×[0-(-10)]  2,1×103 J
b) Q = m × ∆Hfusão  Q = 0,1×3,34×105  Q = 3,34×104
c) Q = mcΔθ + m×ΔHfusão  Q = 2,1×103 + 3,34×104  Q = 3,55×104 J
d) A mesma transferência de energia; 3,55×104 J.
5. a) Q = mcΔθ  Q = 0,15×2100×[0-(-20)]  Q = 6300 J
b) E = m×ΔHfusão  E = 0,15×3,34×105  E = 50100 J
c) Q = mcΔθ  Q = 0,15×4200×(100-0)
d) E =m×ΔHvaporização  E = 0,15×2,26×106  E = 339000 J
e) Q1 = 6300J; Q2 = 6300+ 50100 = 56400J; Q3 = 6300+ 50100 + 63000 = 119400J; Q4 = 6300 + 50100 + 63000 + 339 = 119739J
6. Q1 + Q2 + Q3 = 0  m×ΔH + mcΔθ + mcΔθ = 0  0,010×3,34×105 + 0,010×4200×(θfinal – 0) + 0,25×4200×(θfinal – 20) = 0  θfinal = 16,17 °C

Introdução teórica:
O calor é a energia transferida entre sistemas a temperaturas diferentes quando postos em contacto. Calcula-se pela seguinte expressão:

Em que: m=massa; c=capacidade térmica; ∆T=intervalo de temperatura
A variação de entalpia (∆H) é a energia que é necessário fornecer a um sistema para que ele passe da fase sólida à fase líquida ou vice-versa, por unidade de massa.
Como há sempre dissipação de energia, ou seja, trocas de energia sob forma de calor com a vizinhança, então:

∆Hfusão = 3,34 × 105 J/kg
∆Hvaporização = 2,26 × 106 J/kg
A capacidade térmica mássica ( c ) corresponde à energia que é necessário fornecer à unidade de massa de um corpo, para que a sua temperatura se eleve um grau.
Cágua líquida = 4200 J kg-1