CALORIMETRIA:
É a parte da Física que estuda as trocas de Calor entre corpos que estão em diferentes temperaturas.
Calor:
É a Energia Térmica, em trânsito, entre corpos que possuem diferentes temperaturas. Para entender melhor o conceito de Calor, vamos analisar um exemplo: considere dois corpos idênticos (mesma massa, fabricados com o mesmo material, mesmo formato e as mesmas dimensões). Um destes corpos (A) é colocado num forno para ser aquecido até uma temperatura de 100ºC, por exemplo. O outro (B) é colocado num freezer para ser resfriado até a temperatura de -20ºC, por exemplo.
Vamos pegar agora esses dois corpos, retirá-los de seus lugares originais e vamos colocá-los em contato um com o outro, lado a lado. O que vai acontecer com a Temperatura desses dois corpos?
A resposta correta é: a temperatura do corpo frio vai aumentar e a do corpo quente vai diminuir. Isso acontece porque no corpo de baixa temperatura, as moléculas possuem pouca energia de vibração e no corpo de alta temperatura as moléculas possuem alta energia de vibração. Devido a esse fato, ocorre uma transferência de energia do corpo que tem temperatura alta para o corpo que tem baixa temperatura.
A Energia Térmica fornecida pelo corpo A é recebida pelo corpo B até que eles possuam a mesma temperatura, ou seja, até que ocorra o Equilíbrio Térmico.
Energia Térmica
Enquanto os corpos possuírem diferentes temperaturas, ocorrerá a transferência de Calor (Energia) entre eles. Essa transferência de Energia cessará quando não houver mais a diferença de temperatura entre eles.
Assim, conforme o exposto, Calor é um tipo de Energia e não deve ser confundido com o conceito de Temperatura.
Caloria (cal): é uma unidade de medida de Calor e, portanto, de Energia. É definida como sendo a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de um grama de água de 14,5ºC para 15,5ºC, sob pressão normal.
Você já pode ter ouvido falar em caloria. Essa unidade é bastante utilizada nas mídias para representar o valor energético dos alimentos.
Outra unidade de Calor bastante utilizada é o joule (J), que se relaciona com a caloria pela relação: 1 cal = 4,2J
Calor Específico (c): é a quantidade de calor que se deve fornecer ou retirar de um grama de uma substância para que ela sofra uma variação de Temperatura de 1ºC. Essa grandeza física é característica própria de cada substância existente na natureza, ou seja, cada substância apresenta um valor de Calor Específico que lhe é característico.
Seguem alguns valores de calores específicos bastante utilizados em problemas:
Cágua = 1 cal/g.ºC ; Cgelo = 0,5 cal/g.ºC ; Cvapor = 0,55 cal/g.ºC
Calor Sensível: É a quantidade de calor que um corpo cede ou recebe ao sofrer uma variação de Temperatura (∆T), sem mudar de estado físico.
O calor específico (c) informa se é fácil ou difícil variar a temperatura de um material. Quanto maior o calor específico de uma substância, mais difícil será alterar sua temperatura, ou seja, será necessária mais energia para aquecê-la ou resfriá-la. O calor específico informa também quantas calorias são necessárias para aquecer (ou resfriar) 1 g de uma substância em 1 °C. Por definição, o calor específico da água é 1 cal/g ⋅ °C, ou seja, é preciso 1 cal para que 1 g de água seja aquecido a 1 °C.
EQUAÇÃO FUNDAMENTAL DA CALORIMETRIA:
É a equação que permite calcular a quantidade de calor fornecida ou cedida pela
substância, quando lhe ocorre uma variação de temperatura:
Q = m. c. ∆T, onde:
Q = Quantidade de calor recebida ou cedida pela substância (cal).
m = massa da substância (g);
c = calor específico da substância que constitui o corpo (cal/g.ºC);
∆T = variação de temperatura (ºC).
LEMBRANDO: → ∆T = TF – Ti
, onde: ∆T = Variação de temperatura (˚C);
Ti = Temperatura inicial (˚C);
TF = Temperatura final (˚C).
ATENÇÂO: a Equação Fundamental da Calorimetria nos permite calcular uma quantidade de
Calor que está associada a uma variação de Temperatura sofrida pelo corpo. Assim, podemos
utilizar essa equação para calcular a quantidade de Calor Sensível que será cedida ou recebida
por um corpo.
Exemplo 1
Qual é a quantidade de calor necessária para aquecer 200 g de água de 25 °C a 75 °C? A água deve receber ou perder essa quantidade de calor?
Como Q = m ⋅ c ⋅ ∆T, então Q = 200 ⋅ 1 ⋅ (75 – 25) = 200 ⋅ 50 = 10.000 cal = 10 kcal.
Como a água precisa de energia para se aquecer, ela recebe calor (representado pelo valor positivo de calorias, Q, na equação).
Exemplo 2
Se forem retiradas 2.500 cal de 50 g de água que está a 80 °C, qual será sua nova temperatura?
Retirar 2.500 cal significa que a água perderá calor, ou seja, a quantidade de calor será negativa (Q será negativo na equação).
Como Q = m ⋅ c ⋅ ∆T, então: –2.500 = 50 ⋅ 1 ⋅ (Tf – 80) ⇒ –2.500 50
= (Tf – 80) ⇒ –50 = Tf – 80; logo, Tf = 30 °C.
Exercícios:
1)Qual é a quantidade de calor necessária para aquecer 500g de água de 25 °C a 75 °C? A água deve receber ou perder essa quantidade de calor?
2) Se forem retiradas 2.500 cal de 90 g de água que está a 80 °C, qual será sua nova temperatura?
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