Calor, temperatura, calorimetria, calor sensível, calor latente e mudança de fase.

Calor, temperatura, calorimetria, calor
sensível, calor latente e mudança de fase
Hélio Tramontim Junior
Larissa Nascimento

Calor e temperatura
Calor e temperatura são dois conceitos diferentes e que
muitas pessoas acreditam ser a mesma coisa.
● Calor é definido como sendo energia térmica em trânsito;
● Temperatura é a grandeza física associada ao estado de
movimento ou à agitação das partículas que compõem os
corpos.

Calor
É muito comum ver pessoas
falando que estão com calor, no
entanto, fisicamente falando, essa
fala está errada.
Calor é energia térmica em
trânsito e que flui de um corpo para
outro em razão da diferença de
temperatura existente entre eles,
sempre do corpo mais quente para o
corpo mais frio.

Temperatura
Podemos dizer que um
corpo quente tem suas
moléculas agitando-se
muito, ou seja, com alta
energia cinética. E um
corpo frio, é aquele que
tem baixa agitação das
suas moléculas.

Termômetros
As substâncias em geral dilatam-se (aumentam de
volume) quando sofrem aumento de temperatura. Assim,
uma barra de ferro, por exemplo, aumenta de comprimento
quando colocada no fogo.

Termômetros
De mesmo modo, a coluna de mercúrio contida em um
tubo sofre o mesmo efeito e aumenta de altura.
Esta propriedade que os corpos possuem de mudar de
volume, quando se modifica sua temperatura, pode ser
usada para medir temperaturas.

Escala Celsius
No século XVII, o físico e
astrônomo sueco Anders Celsius
sugeriu que a temperatura de fusão
do gelo, ao nível do mar, recebesse o
valor arbitrário de 0°C, e que a
temperatura de ebulição da água,
também ao nível do mar, fosse fixada
em 100°C.

Escala Fahrenheit
Na escala Fahrenheit, ainda em
uso nos países de língua inglesa, ao 0
e ao 100 da escala Celsius
correspondem respectivamente os
números 32 e 212. Assim, entre a
temperatura de fusão do gelo e da
ebulição da água, estão
compreendidos 180º F.

Escala Kelvin
O físico inglês lorde Kelvin propôs uma
escala termométrica, que leva o seu nome.
Tal escala tem origem no zero absoluto,
usando como unidade de variação o grau
Celsius. Na escala Kelvin, a temperatura
de fusão do gelo corresponde a 273K e a
ebulição da água, a 373K.

Crie sua própria escala termométrica

Relação entre as escalas
Dado um valor de temperatura em uma escala, podemos
obter seu valor correspondente em outra escala.
● Relação entre Celsius e Fahrenheit;
● Relação entre Celsius e Kelvin;

Exemplo
Em um determinado dia, em Araranguá, a temperatura
ambiente foi igual à de Londres. Sabendo que, nesse dia, a
temperatura de Londres foi 50 ºF, a temperatura de
Araranguá foi:
a) 10 °C
b) 20 °C
c) 25 °C
d) 28 °C

Exemplo
(OBFEP 2015 - Adaptado) Atualmente, para consumo geral, existem dois tipos de
lâmpadas mais eficientes: as fluorescentes com rendimento de 30%, e as de LED
com 95% de eficiência. Entretanto, em uma granja, é necessário manter o
ambiente quente; logo, muitas granjas utilizam a lâmpada incandescente para, ao
mesmo tempo, aquecer o ambiente e produzir a iluminação necessária. O
ambiente da granja deve ficar na temperatura de 30 °C. Nos Estados Unidos, os
termômetros usam a escala Fahrenheit, a qual registra o valor 32 para o ponto de
fusão do gelo e 212 para o ponto de ebulição da água. Qual a indicação da
temperatura ideal de uma granja em um termômetro graduado em Fahrenheit?

Calorimetria
A calorimetria estuda o calor, e como já foi visto calor é energia térmica em
trânsito, que passa de um corpo mais quente para um corpo mais frio.
Quantidade de calor (Q) é a grandeza através da qual avaliamos a energia
térmica em trânsito trocada entre sistemas a diferentes temperaturas.
A caloria é a unidade usual de quantidade de calor. A unidade oficial (SI) é
joule. Relação: 1 cal = 4,186 J.
Como a caloria é uma unidade pequena utilizamos o seu múltiplo:
1 cal = 10³ kcal

Calorimetria
O calor específico (c) de uma substância mede numericamente a quantidade
de calor recebida ou perdida por um grama da substância ao sofrer a variação de
temperatura 1°C, sendo usualmente expressa em cal/g°C;
A massa do corpo (m) que pode ser dada em g ou kg;
A variação de temperatura (Δt) em °C.
Q = m . c . Δt

Calor sensível
Quando o efeito produzido pelo fornecimento de calor é a
variação da temperatura.
Para calcular o calor sensível utilizamos a equação geral
da calorimetria.
Q = m . c . Δt

Substância c (cal/g °C)
Alumínio 0,219
Água 1,000
Álcool 0,590
Cobre 0,093
Ferro 0,119
Gelo 0,550
Ouro 0,031
Prata 0,056
Vapor d’água 0,480
É interessante conhecer alguns valores de calores
específicos:

Exemplo
A massa de um fragmento de metal é m = 200 g, e seu
calor específico vale c = 0,094 cal/g ºC. A quantidade de
calor, em calorias, que é preciso fornecer ao fragmento para
elevar sua temperatura de 20 ºC para 100 ºC será:
a) 1306 cal
b) 1504 cal
c) 1601 cal
d) 1620 cal

Exemplo
Se 4000 cal de calor fosse fornecida a um bloco de cobre de
444,4 g inicialmente a 20 ºC, qual a temperatura que ele
atingiria? Considere c = 0,09 cal/g ºC:
a) 100 ºC
b) 120 ºC
c) 145 ºC
d) 174 ºC

Calor latente
Quando o efeito produzido pelo fornecimento de calor é a
mudança de estado, não havendo variação na temperatura.
A quantidade de calor latente (QL) é igual ao produto da
massa do corpo (m) e de uma constante de
proporcionalidade (L).
Q = m . L

A constante de proporcionalidade depende da
natureza da substância, este valor numérico depende de
cada mudança de estado físico.
CALOR LATENTE PARA A ÁGUA
Calor latente de fusão LF 80 cal/g
Calor latente de vaporização LV 540 cal/g

Exemplo
Um corpo de massa m = 0,5 kg, inicialmente no estado sólido, é aquecido ao
receber certa quantidade de calor conforme indica o gráfico abaixo. Calcule o
calor latente de fusão da substância de que é constituído o corpo, em cal/g.

Exemplo
(OBFEP 2015 - Adaptado) Quando um raio atinge a areia de uma praia, muitas
vezes o calor gerado derrete uma quantidade de grãos de areia. Quando essa
massa volta a se solidificar, vira uma escultura de vidro cheia de ramificações,
reproduzindo o caminho do raio na areia. Uma dessas esculturas possuía 0,5 kg e
foi produzida em uma praia que estava a 20°C no momento que um raio a
produziu. Sabendo que a areia possui um calor específico de 0,04 cal/g °C, uma
temperatura de fusão de 1720 °C e um calor latente de fusão de 12 cal/g, quanto
calor essa massa de areia, inicialmente a 20°C, precisou receber do raio para
derreter totalmente?

Capacidade térmica
É a quantidade de calor que um corpo necessita receber
ou ceder para que sua temperatura varie uma unidade.

Exemplo
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.

Exemplo
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/gºC
b) 80 cal/ºC e 0,16 cal/gºC
c) 90 cal/ºC e 0,09 cal/gºC
d) 95 cal/ºC e 0,15 cal/gºC
e) 120 cal/ºC e 0,12 cal/gºC

Mudança de fase
As substâncias podem ser encontradas na natureza em três
estados físicos: sólido, líquido e gasoso.

Mudança de fase
No estado sólido, os átomos ou moléculas que constituem uma substância
encontram-se bem unidos em virtude da existência de forças elétricas intensas
agindo sobre eles.
Os líquidos, por sua vez, apresentam forças de ligação menos intensas do
que os sólidos, o que faz com que as moléculas fiquem mais afastadas umas das
outras e movimentem-se mais livremente, portanto elas possuem maior energia.
No estado gasoso, praticamente inexiste força de ligação entre os átomos,
que ficam separados uns dos outros por distâncias bem superiores às dos sólidos
e líquidos.

Mudança de fase
Para que ocorram mudanças de fases da matéria, é necessário ceder ou retirar
calor de um corpo.

Exemplo
(UFSM-RS) Assinale falso (F) ou verdadeiro (V) em cada afirmativa.
( ) A água pode evaporar a uma temperatura menor do que 100°C.
( ) A sensação de frio ocasionada pela evaporação da água sobre a pele deve-se à absorção de energia
da pele pelo líquido.
( ) A velocidade de evaporação da água não depende da pressão externa.
A sequência correta é:
a) V - V – F.
b) F - F – V.
c) F - F – F.
d) V - F – F.
e) V - V – V.

Calor, temperatura, calorimetria, calor sensível, calor latente e mudança de fase.

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