B.1 · Transferências de energia térmica

Esta apostila cobre tópicos selecionados de HL para o curso avaliado pela primeira vez em 2025; não constitui o programa completo.

Pré-requisitos: ler as quantidades e unidades declaradas, e usar aritmética e as condições do modelo abaixo.

Os exemplos são originais e fictícios: não são medições reais nem investigações reais de estudantes.

O que explicaria esta observação?

• Duas massas iguais recebem a mesma energia, mas apresentam aumentos de temperatura diferentes. As propriedades do material determinam como a transferência de energia altera a temperatura.

Construa o modelo

• Capacidade térmica específica é a energia necessária para elevar a temperatura de uma unidade de massa em um grau.
• Calor latente específico relaciona energia à mudança de estado sem variação de temperatura no processo idealizado.
• Capacidade térmica específica: Energia por massa por aumento de temperatura.
• calor latente: Energia associada a uma mudança de estado.

Escolha evidências que possam testá-lo

• A temperatura relaciona-se ao movimento das partículas em um modelo; a energia interna inclui contribuições cinéticas e potenciais.
• Durante uma mudança de estado, a energia pode alterar o arranjo das partículas em vez da temperatura.

No laboratório: Meça a massa, a entrada elétrica e a variação de temperatura de um bloco isolado. Garanta que o sensor de temperatura tenha bom contato, permita tempo para equilíbrio e considere a energia transferida para os arredores.

Trabalhe a partir de quantidades conhecidas

• Conhecido: um bloco de 0.50 kg ganha 2,000 J e aumenta 10 °C.
• Use E = mcΔT.
• Reorganizando, tem-se c = E/(mΔT). c = 2,000/(0.50×10) = 400 J por quilograma por grau.
• A perda de calor tornaria o valor inferido a partir da entrada elétrica demasiado alto.

Sua vez: Uma amostra de 2 kg com c=500 J por quilograma por grau aquece 3 °C. Encontre o ganho de energia.

Verifique a conclusão e seus limites

• Uma secção plana de uma curva de aquecimento pode indicar uma mudança de fase, não a ausência de transferência de energia.
• Não substitua a temperatura por uma diferença de temperatura em E = mcΔT.

Falso: Um platô de temperatura sempre significa zero transferência de energia. Um platô numa curva de aquecimento marca uma mudança de fase, onde a energia entra na alteração do arranjo das partículas como calor latente. A transferência de energia continua; apenas a temperaturapause.

Chave:

• A capacidade térmica específica é a energia necessária para elevar a temperatura de uma unidade de massa em um grau.
• A temperatura relaciona-se ao movimento das partículas em um modelo; a energia interna inclui contribuições cinéticas e potenciais.
• Atenção: Uma secção plana de uma curva de aquecimento pode indicar uma mudança de fase, não a ausência de transferência de energia.

Escreva a partir de um ganho de energia de 1800 J

• Uma amostra de 0.20 kg com capacidade térmica específica de 1500 J por quilograma por grau aquece em 6 graus.
• Encontre o ganho de energia. Um platô de temperatura ainda pode transferir energia.

Escreva a partir de uma temperatura final de mistura

• 0.20 kg de água a 80 °C misturam-se com 0.20 kg a 20 °C (c = 4,200 J por kg por grau).
• Massas iguais, mesmo c: a temperatura final é a média, 50 °C — o quente perde 0.20 × 4,200 × 30 = 25,200 J, o frio ganha o mesmo.

Escreva a partir de um degrau latente oculto no registro

• Gelo a 0 °C torna-se água a 0 °C: a temperatura nunca se altera.
• Energia ainda entra — como calor latente, rompendo ligações: um gráfico de temperatura com um patamar plano é um registro energético, não um termômetro inativo.