Do gelo ao vapor numa chapa elétrica
–Toda a energia da chapa vai para a água. 1 cal = 4,2 J. O tempo está acelerado.
A conta desta etapa
Temperatura × tempo
Nos patamares a temperatura não sobe: todo o calor vai para mudar o estado.
Para onde foi o calor
Calor sensível
Muda a temperatura. O calor específico c diz quanto calor cada grama precisa para subir 1 °C: água 1 cal/g·°C, gelo 0,5 e vapor 0,48.
Calor latente
Muda o estado. Na fusão do gelo, L = 80 cal/g; na vaporização da água, L = 540 cal/g. Enquanto muda de estado, a temperatura fica parada.
Para levar pra prova
Potência é energia por tempo: Q = P · Δt (em joules, com P em watts e Δt em segundos).
Ferver toda a água gasta mais de 5 vezes o calor para levá-la de 0 °C a 100 °C.
Patamar no gráfico = mudança de estado; quanto mais longo, maior m · L.
Quanto tempo para esquentar a água?
–O cronômetro corre acelerado. A parte da energia que não vai para a água esquenta o ar e o próprio aparelho.
A conta
Tempo × potência
Dobrar a potência corta o tempo pela metade: a energia necessária é a mesma.
Potência e energia
Watt é joule por segundo. Uma chaleira de 2 000 W entrega 2 000 J a cada segundo; a de 1 000 W leva o dobro do tempo para entregar a mesma energia.
Rendimento
Parte da energia esquenta o ar, a jarra e a mesa. Com rendimento de 80%, só 80% da energia que passa pelo medidor vai para a água.
Para levar pra prova
Conta de luz cobra energia em kWh: 1 kWh = 3 600 000 J.
Mesma potência em 220 V puxa menos corrente que em 127 V, e por isso usa fios mais finos.
Para a mesma potência em tensão maior, a resistência tem de ser maior (R = V² ÷ P).
Calorímetro: quem perde calor, quem ganha
–Clique em “Misturar” e acompanhe os termômetros. O calorímetro é isolado: nenhum calor sai para fora.
A conta
Temperaturas durante a mistura
Equilíbrio térmico
O calor passa do mais quente para o mais frio até as temperaturas ficarem iguais. Num calorímetro isolado, todo calor que um perde o outro ganha.
Quem tem mais “inércia térmica”
O equilíbrio fica mais perto da temperatura de quem tem maior m · c. Por isso um pedaço de metal quente mal esquenta um copo d'água: o c da água é 5 a 10 vezes maior.
Para levar pra prova
Sem mudança de estado: T_eq = (m₁c₁T₁ + m₂c₂T₂) ÷ (m₁c₁ + m₂c₂).
Com gelo, teste antes: o calor que a água libera até 0 °C dá para derreter todo o gelo? Se não der, o equilíbrio é 0 °C com gelo sobrando.
Calor sensível e latente entram na mesma soma.