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Calorimetria


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.

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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.

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