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Definição de calor

Nessa aula, Leonardo Gomes dá uma aula sobre definição de calor.

Calor sensível

Capacidade térmica e calor específico

Calor latente

Calculando capacidade térmica

Exercício sobre potência térmica

Calorimetria

Calor é definido com um processo de transferência espontânea de energia da região de maior temperatura (maior concentração de energia cinética média por partícula) para a região de menor temperatura (menor concentração de energia cinética média por partícula).

Capacidade Térmica (C)

A capacidade térmica de um objeto é o quanto deve ceder ou receber de energia por calor para variar a temperatura do objeto. Também pode ser o produto da massa do corpo vezes o calor específico do material que o constitui. Assim, temos:

C = Q / ∆T = m.c 

A unidade de capacidade térmica é cal/°C, ou no Sistema Internacional, J/K. Já a unidade de calor específico é cal/g°C, que no SI é J/g.K. É muito comum o uso da caloria como unidade fora do SI. Na unidades atuais, 1 cal ≈ 4,2 J. Não se preocupe em decorar esse valor. Caso necessário, ele será fornecido, e a aproximação mais comum de aparecer em provas é que 1 caloria = 4 joules

Calor sensível

A quantidade de calor calculada dessa maneira é denominada calor sensível. Desta forma, juntando as duas equações acima, temos que:

Q = m . c . ∆T

Onde “m” é a massa do corpo, “c” é o calor específico do material que o constitui e ∆Té a variação de temperatura correspondente. Cada corpo é constituído de uma substância/material  que, por sua vez, possui um valor de calor específico para cada estado físico. Esses valores são tabelados e você não precisa gravar nenhum deles. 

Exemplo: Calor específico da água líquida à pressão atmosférica ao nível do mar: cágua=1,0calg,°C=4,0×103Jkg.K.

É bom ter o conhecimento do valor específico da água, já que é bem comum sua utilização. A primeira unidade é usualmente usada, enquanto a segunda é a adotada pelo Sistema Internacional de Unidades.

Calor lantete

Em algumas situações, você pode fornecer calor para um sistema sem aumentar em nada sua temperatura. Isto normalmente ocorre durante uma mudança de estado físico (mudança de fase), como o gelo derretendo ou a água fervendo. Tecnicamente, a capacidade térmica fica mal definida, já que você estaria dividindo por zero o calor! No entanto, ainda é interessante saber a quantidade de calor necessária para derreter ou ferver uma substância completamente. Esta quantidade de calor dividida pela massa da substância é chamada de calor latente da transformação, e é denotada por L:  

Q = m.L

O calor latente de fusão do gelo vale 80 cal/g, já o calor latente de vaporização da água é 540 cal/g.  

Obs.: Cabe salientar que as mudanças de estado que ocorrem com perda de calor apresentam calores latentes negativos (solidificação e condensação).

Um diagrama importante relaciona a temperatura de um objeto com o calor fornecido a ele (calor fornecido é positivo; calor cedido é negativo):  

Gráfico Temperatura por tempo

Começando na fase sólida, o corpo absorve calor a partir de uma fonte externa (fogão por exemplo) e aumenta de temperatura até chegar na temperatura de fusão. Nesse estágio, a temperatura do corpo não varia e todo calor absorvido (calor latente) é usado para quebrar ligações químicas (estamos numa mudança de fase). Logo em seguida a temperatura aumenta de novo até atingir a temperatura de vaporização e a análise se repete.