Calorimetria – O calor move o mundo e também é essencial para nossa sobrevivência. Prova disso é o fogo, sem ele não podemos comer ou se aquecer.
O calor, em outras formas, é indispensável para o nosso dia a dia. A calorimetria estuda estes fenômenos.
O que é calorimetria?
A calorimetria é o estudo dos fenômenos que estão relacionados com as trocas de energia térmica. Este trânsito de energia térmica é chamado de calor e acontece devido a temperatura entre os corpos.
Calor
O calor é a energia transferida de um corpo para outro, tendo como única diferença a temperatura entre os corpos. Este trânsito de energia em forma de calor, ocorre do corpo de maior temperatura para o corpo de menor temperatura.
Quando os corpos estão isolados termicamente em seu exterior, a transferência vai acontecendo até ser alcançada as temperaturas iguais dos corpos, ou seja, o equilíbrio térmico.
Um corpo possui energia interna e não o calor propriamente dito. Por isso que somente quando a energia está sendo transmitida que o calor irá existir.
A energia que está em forma de calor, produz uma mudança de temperatura no corpo chamada de calor sensível. Quando o estado físico do corpo é alterado, esta energia passa a ser chamada de calor latente.
A energia térmica em trânsito tem sua grandeza chamada de quantidade de calor (Q). A unidade de quantidade de calor é o Joule (j) segundo o Sistema Internacional (SI).
Na prática, também é usada a unidade chamada de caloria (cal). Sendo:
1 cal = 4,1868 J
O calor específico e a capacidade
O calor específico (c) seria a constante de proporção da equação fundamental da calorimetria. Este valor depende diretamente da substância existente no corpo a ser estudado.
Exemplo:
O calor específico do ferro é 0,00 cal/gº C. O calor específico da água em estado líquido é 1 cal/gº C.
A capacidade térmica é uma grandeza onde é calculado a massa e substância da qual o corpo é feito.
C = m.c
Sendo que
C = capacidade térmica (j/ºC ou cal/º C)
m = massa (kg ou g)
c = calor específico (J/kgº C ou cal/gº C)
Exemplo:
Foram colocados 1,5 kg de água em uma panela, em temperatura ambiente (20ºC). Quando aquecida, a temperatura da água passa para 85ºC. Levando em consideração que o calor específico é de 1 cal/gº C.
É calculado a quantidade de calor recebida pela água para atingir esta temperatura e a capacidade térmica dessa porção de água. Para solucionar este caso, precisamos substituir todos os valores na equação fundamental da calorimetria.
A atenção a unidade é muito importante. A massa de água é informada em quilograma. Como a unidade de calor específico é em cal/gº C.
Mudança de estado
É possível calcular a quantidade de calor recebida ou transferida para um corpo que mudou seu estado físico.
Enquanto este corpo está recebendo esta energia, mudando de fase, sua temperatura é constante. Este calor latente é a seguinte fórmula:
Q = m.L
Q = quantidade de calor (J ou cal)
m = massa (kg ou g)
L = calor latente (J/kg ou cal/g)
Exemplo
Qual quantidade de calor é necessária para que um bloco de 600 kg de gelo a 0º C seja transformado em água nessa mesma temperatura? É necessário considerar que o calor latente de fusão do gelo é de 80 cal/g.
Para este cálculo deve-se substituir os valor da fórmula, não esquecendo de transformar as unidades:
m = 600 kg = 600 000 g
L = 80 cal/gº C
Q = 600 000 . 80 = 48 000 000 cal = 48 000 kcal
As trocas de calor
Quando dois ou mais corpos trocam calor, essa transferência de calor vai acontecer de forma que o corpo com maior temperatura vai transferir esta energia térmica para o corpo com menor temperatura.
Em sistemas térmicos isolados, essas trocas de calor vão acontecer até que seja estabelecido o equilíbrio térmico entre eles. A temperatura final será igual entre os corpos. E quando é alcançado este estágio, a energia total é conservada.
O fluxo de calor
É o tempo em que ocorre a transferência de calor de um corpo para o outro.
Propagação do calor
A propagação de calor acontece de três formas distintas:
Condução
A condução térmica estudada na calorimetria, acontece quando há propagação do calor através da agitação térmica que ocorre nos átomos e molécula.
Essa agitação é passada para o corpo enquanto existir diferença de temperatura entre eles. É importante frisar que para ocorrer esta transmissão de energia térmica, ou seja o calor, é preciso de um material para ser o condutor. Geralmente são sólidos ou fluídos.
Existem materiais que fazem esta condução com maior facilidade. Entre eles estão os metais. Também existem os isolantes térmicos, que conduzem o calor de maneira imperfeita. Seriam a madeira, cortiça e isopor.
Um exemplo deste calor por condução seria uma panela de fogo com uma colher de alumínio. A colher esquenta muito rápido, podendo até queimar nossa mão.
Por isso a colher tem madeira ou materiais específicos onde as seguramos, para evitar queimaduras.
Convecção
A convecção térmica é a transferência de calor durante o transporte de material aquecido devido a diferença de densidade. Isso ocorre em corpos líquidos e gasosos (gases).
Quando a substância é aquecida, a densidade deste corpo diminui. Essa mudança de densidade do corpo, criam um movimento no interior do corpo gasoso ou líquido.
A parte que foi aquecida vai subir e a parte mais densa do corpo, vai descer, criando assim um movimento no interior do líquido ou gasoso. Isto se chama correntes de convecção.
Isso explica com precisão o aquecimento da água em uma panela. Por meio destas correntes de convecção, a água mais quente sobe e a mais fria, que seria a mais densa, desce.
Irradiação
A irradiação térmica faz a transferência de calor através de ondas eletromagnéticas. Esta transmissão de energia térmica não necessita de um meio material para os corpos receberem esta energia.
Um exemplo disso é a irradiação solar em nosso planeta, aqui os corpos não estão em contato.
Quando um corpo é atingido, uma parte da radiação é absorvida e esta parte é refletida. A quantidade de radiação absorvida vai aumentar a energia cinética das moléculas do corpo.
Os corpos quando são escuros, absorvem mais radiação que estão sobre eles. Enquanto que os corpos claros, tem a tendência de refletir esta radiação.
