A calorimetria é a ciência que estuda o calor. Calor é uma forma de energia em trânsito, ou seja, é a energia transferida de um corpo com maior temperatura para um corpo de menor temperatura.

Em um sistema isolado, o calor é transferido do corpo de maior temperatura para o corpo de menor temperatura até que o equilíbrio térmico seja atingido.

A definição de calor é usada apenas para indicar a energia que está sendo transferida, e não a energia que o corpo possui.

1 caloria, 1cal, representa o quanto de calor deve-se fornecer a 1g de 1 caloria, 1cal, representa o quanto de calor deve-se fornecer a 1g de água para elevar sua temperatura de 1°C.água para elevar sua temperatura de 1°C.

A unidade de medida da quantidade de calor (Q) no Sistema Internacional (SI) é o joule (J);

A relação entre as duas unidades, caloria e joule, fica da seguinte forma:

1 cal = 4,187 J

Partindo daí, podem-se fazer conversões entre as unidades usando regra de três simples.

Como 1 caloria é uma unidade pequena, utilizamos muito o seu múltiplo, a quilocaloria.

1 kcal = 10³cal

Calor sensívelCalor sensível

Quando há variação de temperatura sem que haja variação do estado físico da matéria, dizemos que o calor é sensível.

Podemos calcular o calor sensível pela equação:

Q=m .c . ΔT

Onde:

Q = quantidade de calor

m = massa do corpo

c = calor específico *

ΔT = variação da temperatura

*Calor específico é a quantidade de calor necessária para a variação unitária da temperatura na unidade de massa.

O Calor específico é uma grandeza que depende da composição de cada substância.

As unidades de calor específico no SI são, portanto, J/kg . °C ou J/ kg . K.

ExemploExemplo

1) Qual a quantidade de calor sensível necessária para aquecer uma barra de ferro de 2kg de 20°C para 200 °C? Dado: calor específico do ferro = 0,119cal/g°C.

2 kg = 2000 g

Calor LatenteCalor Latente

Calor latente é a grandeza física que está relacionada à quantidade de calor que um corpo precisa receber ou ceder para mudar de estado físico. Matematicamente, essa definição fica da seguinte forma:

Q=m . L

Onde:

LL é o calor latente da substância e tem como unidade a cal/g.

O calor latente pode assumir tanto valores positivos quanto negativos. Se for positivo, quer dizer que o corpo está recebendo calor; se negativo, ele está cedendo calor.

A constante de proporcionalidade é chamada calor latente de mudança de fase e se refere a quantidade de calor que 1 g da substância calculada necessita para mudar de uma fase para outra.

Além de depender da natureza da substância, este valor numérico depende de cada mudança de estado físico.

Por exemplo, para a água:

Calor latente de fusão

Lf 80cal/g

Calor latente de vaporização

Lv 540cal/g

Calor latente de solidificação

Ls -80cal/g

Calor latente de condensação

Lc -540cal/g

Por exemplo, para a água: Por exemplo, para a água:

Quando:

Q>0: o corpo funde ou vaporiza.

Q<0: o corpo solidifica ou condensa.

ExemploExemplo2) Qual a quantidade de calor necessária para que um litro de água vaporize? Dado: densidade da água=1g/cm³ e calor latente de vaporização da água = 540 cal/g.

Assim:

Trocas de calorTrocas de calorPara que o estudo de trocas de calor seja realizado com maior precisão, este é realizado dentro de um aparelho chamado calorímetro, que consiste em um recipiente fechado incapaz de trocar calor com o ambiente e com seu interior.

Dentro de um calorímetro, os corpos colocados trocam calor até atingir o equilíbrio térmico. Como os corpos não trocam calor com o calorímetro e nem com o meio em que se encontram, toda a energia térmica passa de um corpo ao outro.

Como, ao absorver calor Q>0 e ao transmitir calor Q<0, a soma de todas as energias térmicas é nula, ou seja:

ΣQ=0ΣQ=0(lê-se que somatório de todas as quantidades de calor é igual a zero)

Sendo que as quantidades de calor podem ser tanto sensível como latente.

ExemploExemplo3) Qual a temperatura de equilíbrio entre uma bloco de alumínio de 200g à 20°C mergulhado em um litro de água à 80°C? Dados calor específico: água=1cal/g°C e alumínio = 0,219cal/g°C.

Capacidade TérmicaCapacidade Térmica

É a quantidade de calor que produz no corpo uma variação unitária de temperatura.

Matematicamente podemos escrever a capacidade térmica pela equação:

Q=C . ΔT

Onde:

C = Capacidade Térmica

Q = Quantidade de Calor cedida ou recebida pelo corpo

ΔT = Variação da Temperatura

No SI, a unidade de medida da capacidade térmica é J/K (joule por Kelvin).

Transferências de CalorTransferências de Calor

Como sabemos, o calor é energia térmica em trânsito, e assim sendo, ele pode ser transmitido de um corpo para outro das seguintes maneiras:

Condução:Condução:É quando o calor se transfere mediante a agitação das partículas que compõem o material, sem que ocorra o transporte de matéria nesse processo. Esse tipo de transferência ocorre, por exemplo, quando alguém segura uma barra de ferro no fogo. Logo, a pessoa que está segurando a barra notará o aumento de temperatura.

Convecção:Convecção:Esse tipo de transferência ocorre em razão das diferenças de densidades das partes quentes e frias das substâncias envolvidas. Exemplos de convecção são as geladeiras e as brisas do mar.

Radiação:Radiação:Tipo de transferência de calor ocorre através da radiação que é feita por ondas eletromagnéticas (raios infravermelhos), os quais podem se propagar mesmo na ausência de matéria (vácuo).

Exemplo desse tipo são os raios solares que aquecem a Terra.

ExercícioExercício

1) Para derreter uma barra de um material w de 1kg é necessário aquecê-lo até a temperatura de 1000°C. Sendo a temperatura do ambiente no momento analisado 20°C e o calor específico de w=4,3J/kg.°C, qual a quantidade de calor necessária para derreter a barra?

2) Ao fornecer 300 calorias de calor para um corpo, verifica-se como conseqüência uma variação de temperatura igual a 50 ºC. Determine a capacidade térmica desse corpo.

3) Um bloco de uma material desconhecido e de massa 1kg encontra-se à temperatura de 80°C, ao ser encostado em outro bloco do mesmo material, de massa 500g e que está em temperatura ambiente (20°C). Qual a temperatura que os dois alcançam em contato? Considere que os blocos estejam em um calorímetro.

4) Para aquecer 500 g de certa substância de 20 ºC para 70 ºC, foram necessárias 4 000 calorias. A capacidade térmica e o calor específico valem respectivamente:

a) 8 cal/ ºC e 0,08 cal/g .ºC

b) 80 cal/ ºC e 0,16 cal/g. ºC

c) 90 cal/ ºC e 0,09 cal/g. ºC

d) 95 cal/ ºC e 0,15 cal/g. ºC

e) 120 cal/ ºC e 0,12 cal/g. ºC

5) Em uma manhã de céu azul, um banhista na praia observa que a areia está muito quente e a água do mar está muito fria. À noite, esse mesmo banhista observa que a areia da praia está fira e a água do mar está morna. O fenômeno observado deve-se ao fato de que:

a) a densidade da água do mar é menor que a da areia.

b) o calor específico da areia é menor que o calor específico da água.

c) o coeficiente de dilatação térmica da água é maior que o coeficiente de dilatação térmica da areia.

d) o calor contido na areia, à noite, propaga-se para a água do mar.

e) a agitação da água do mar retarda seu resfriamento.

6) Um amolador de facas, ao operar um esmeril, é atingido por fagulhas incandescentes, mas não se queima. Isso acontece porque as fagulhas:

a) tem calor específico muito grande.

b) tem temperatura muito baixa.

c) tem capacidade térmica muito pequena.

d) estão em mudança de estado.

e) não transportam energia.