O estudo do mapa mental da calorimetria pertence à área da física. Em termodinâmica, o estudo também caracteriza os fenômenos que estão relacionados com a troca de energia entre dois ou mais corpos distintos.
Sendo assim, a calorimetria considera o estudo que calcula a troca de energia térmica, ou fontes de calor entre corpos próximos. Com isso, é possível saber como manter as temperaturas em equilíbrio, qual pode ser a variação e também possíveis mudanças no estado físico.
Pra entender melhor como funciona a calorimetria, é importante entender o calor. Que na física, nada mais é do que energia térmica no trânsito. Sendo assim, quando dois corpos distintos entram em contato, acontece a troca ou transferência de calor entre eles.
Entretanto, também leva o nome de equilíbrio térmico. Mas, que nesse caso faz com que os dois corpos passem a ter a mesma temperatura. Além disso, o calor que flui é sempre do que está em maior temperatura pra quem está com menor temperatura.
O que é calorimetria?
A calorimetria é a área da física que estuda o calor. Sendo assim, o principal objetivo da área é entender todos os conceitos que envolvem as temperaturas e o calor em si, assim como suas quantidades. Pra isso, é importante conhecer todos os conceitos mais importantes.
Como mencionado, o calor é energia térmica que se transfere de um corpo pra outro. Contudo, vale ressaltar que nenhum corpo possui calor, já que a temperatura é energia em trânsito que pode ser passada de um corpo pra outro.
Existem tipos de calor diferentes, o calor sensível e o latente. O primeiro é aquele que é suficiente pra ter uma variação no próprio corpo, o que não causa nenhum tipo de mudança de estado.
Enquanto isso, o calor latente pode provocar variações de estado no corpo, entretanto não faz qualquer alteração em sua temperatura.
Pra calcular os valores do calor sensível e do calor latente, existe uma equação. Mas pra isso é preciso levar em consideração que “m” é massa, “L” é o calor latente e “Q” é a quantidade ou valor do calor. Portanto, pra calcular o valor da temperatura latente, a fórmula é:
Q = m.L
Sobre a fórmula da variação da temperatura sensível, ela fica calculada pela equação fundamental da calorimetria. Continue lendo pra saber como ela é feita.
Mapa mental de calorimetria
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Termos importantes
Calorimetria é, basicamente, a parte da Física em que é estudado a troca de calor entre os corpos. Precisamos antes entender alguns conceitos:
- Temperatura: Temperatura é o grau de agitação das moléculas. Quanto mais agitadas, maior a temperatura;
- Escalas Termométricas: Existem diversas formas de mensurar a temperatura, mas as 3 escalas mais comuns são: Kelvin, Celsius e Fahrenheit.
Dependendo da questão será necessário fazer a conversão de uma escala pra outra. A equação que relaciona essas escalas é:
TC = temperatura em graus Celsius
TF = temperatura em graus Fahrenheit
TK = temperatura em Kelvin.
- Calor: é a energia trocada entre dois corpos que pode ou não acarretar em mudança da temperatura;
- Calor Sensível: tipo de calor que provoca variação na temperatura do corpo. Calculado através da equação Q = m.c.ΔT = C.ΔT, onde m é a massa do corpo, c é o calor específico do material, C é a capacidade térmica do corpo e ΔT é a variação de temperatura. Unidade usual:cal (caloria). Unidade no SI: J (joule).
- Capacidade Térmica: característica do corpo que determina o “quão rápido o corpo esquenta ou esfria”.
- Calculado pela relação: C = m.c, onde m é a massa do corpo e c é o calor específico. Unidade usual: cal/ºC. Unidade no SI: J/K
- Calor específico: característica da substância de que o material é feito. Unidade usual: cal/gºC. Unidade no SI: J/ kg.K.
Calorimetria e fórmulas
Dentro da termodinâmica, o calor sensível é calculado pra mostrar a variação de temperatura de um corpo pro outro. Alterando ou não suas dimensões durante o processo. Pra isso, a equação usada pra medir o calor sensível é:
Q = mc ΔT
Tendo Q e M o mesmo significado anterior, o “C” representa o calor específico em J/Kg.K e ΔT a variação de temperatura.
Calor específico
Em um mapa mental da calorimetria, é possível encontrar todas as fórmulas de cálculos de temperatura.
No caso do calor específico, a letra “c” indica a quantidade de calorias ou o calor específico de determinada massa. Essa é uma unidade de medida pronta, que tem valor específico.
Como é o caso da água que possui calor específico 1. Enquanto que o gelo tem o calor específico 0,5, e assim por diante. O valor é medido em cal/g°C.
Capacidade térmica
Outra grandeza que está presente na física é a capacidade térmica, que tem como objetivo ajudar a definir a quantidade de calor que o corpo deve receber ou doar. Pra entender que a temperatura varia entre 1°C ou 1,0K.
Contudo, diferente do calor específico, a capacidade térmica envolve o corpo todo e não só parte de sua composição. Por esse motivo, ela é considerada uma propriedade de substância do corpo em si.
Quando a capacidade térmica é elevada, ela ganha o nome de reservatório térmico, o que diz que ela tem a capacidade de absorver ou doar quantidades elevadas de calor.
Fluxo de calor
Também chamado de fluxo térmico, possui uma grandeza relacionada à taxa de passagem de calor, que é transmitido através de uma área. Ou seja, o fluxo de calor tem por definição o Sistema Internacional de Unidades, o J/s (Joules por segundo).
Além disso, o símbolo do fluxo é o Φ. Veja abaixo como a fórmula é representada:
Tendo “k” como condutividade térmica (W/m.K), “A” área do corpo e “e” espessura do corpo (medida em m).
Trocas de calor
Durante os estudos ou durante as provas, quando houver o termo sistema fechado, isso indica que a soma da troca de calor é nula entre os corpos. Sendo assim, ela será 0. A calorimetria resumo, precisa ser avaliada de acordo com as propriedades de cada um dos conceitos.
Sendo assim, no caso da troca de calor, a conservação de energia ou todo o calor do corpo maior, é absorvido como corpo menor. Pensando assim, a equação fica descrita da seguinte forma:
Q recebida + Q cedido = 0
Veja também o vídeo do nosso canal sobre calorimetria
Exercícios de calorimetria
Abaixo, deixamos uma lista com algumas atividades. A resposta correta vai estar em negrito!
Questão 1
Quando a água em seu estado líquido possui sua massa m = 200 g, é colocada sob uma temperatura de 30°C, junto de 150 g de gelo em um calorímetro que se encontra a 0 °C. As temperaturas se igualam até atingir um equilíbrio.
Dados os valores específicos da água de c = 1,0 cal/g . °C, e o valor latente do gelo de L = 80 cal/g, qual das opções abaixo indica a temperatura final da experiência.
- A) 10 °C
- B) 60 °C
- C) 30 °C
- D) 15 °C
- E) 0°C
Questão 2
Os estudos revelam que o tipo de panela mais recomendada pelos especialistas pra beneficiar a saúde, as panelas de inox. Contudo, o aço inox possui baixa condutividade térmica.
Pra resolver o problema, algumas marcas passaram a usar um difusor de calor, normalmente o alumínio, pra melhorar essa condutividade e transferência de calor na parte do fundo da panela.
Sendo assim:
- O alumínio tem condutividade térmica de = 60 cal/s.m °C
- Enquanto que a vaporização da água chega aos = 540 caç/g
- O calor específico da água é de = 1 cal/g °C
- A fusão latente do gelo é de = 80 cal/g
- E o calor específico do gelo é = 0,5 cal/g °C
Dados os dados informados, selecione todas as opções com as afirmações corretas.
- A) o difusor depende da geometria pra liberar mais fluxo de calor, assim como o material e a diferença de temperatura entre as duas faces, superior e inferior do produto.
- B) Um difusor com face inferior de 105 °C a face superior a 100 °C, tem fluxo de calor de 1,8 cal/s.
- C) O fundo de uma panela acaba aquecendo a água que fica no seu interior por convecção. Responsável por envolver o transporte de matéria de um lado pro outro.
- D) O calor recebido pela substância dentro da panela causa mudança de temperatura e de fase.
Confira também a nossa lista com exercícios de calorimetria
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