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O calor (abreviado por Q) é a forma de inserir energia térmica entre dois corpos que se vale da diferença de temperaturas existente entre eles. Não é correcto afirmar que um corpo tem mais calor que outro; o calor é uma forma de transferir energia de um sistema para outro, sem transporte de massa, e que não corresponde à execução de um trabalho mecânico. A transmissão de energia sendo função da diferença de temperatura entre os dois sistemas - Convencionalmente, se um corpo recebe energia sob a forma de calor (e não sob a forma de trabalho), a quantidade Q é positiva e se um corpo transfere energia sob a forma de calor, a quantidade transferida Q é negativa. A unidade do Sistema Internacional (SI) para o calor é o joule (J), embora seja usualmente utilizada a caloria (cal; 1 cal = 4,18 J).
Todo corpo tem uma certa quantidade de energia interna que está relacionada ao movimento continuo de seus átomos ou moléculas e às forças interativas entre essas partículas. Os sólidos, líquidos ou gases apresentam constante movimento (vibrações) em suas partículas. A soma dessas vibrações de um corpo constitui a energia térmica do mesmo. Esta energia interna é diretamente proporcional à temperatura do objeto. Quando dois corpos ou fluidos em diferentes temperaturas entram em interação (por contato, ou radiação), eles trocam energia interna até a temperatura ser equalizada. A quantidade de energia transferida enquanto houver diferença de temperatura é a quantidade Q de calor trocado, se o sistema se encontrar isolado de outras formas de transferência de energia.
Índice |
Terminologia
Termodinamicamente falando, calor e trabalho não são funções de estado (ou seja, não dependem apenas da diferença entre o estado inicial e o estado final do processo), mas dependem do caminho, no espaço de estados, que descreve o sistema em uma evolução quase-estática ou reversível (no sentido termodinâmico) de um estado inicial A até um estado final B.
Os processos pelos quais ocorre transferência de calor (transferências de energia sob a forma de calor) são:
Há muito tempo, muitos filósofos acreditavam que o calor seria um tipo de força fluido invisível e muito leve, que era chamado por Lavoisier de calórico. Segundo essa teoria, um corpo aqueceria quando recebesse calórico e esfriaria quando perdesse.
O que realmente acontece é que um corpo aquece quando aumenta o valor médio da energia associada à vibração de suas moléculas, e esfria quando diminui o valor médio dessa energia.
Introdução
Em pleno verão ou outono, as pessoas costumam reclamar da temperatura - "que calor insuportável!", "que frio!". Para ter conforto físico, vestem roupas leves quando a temperatura sobe, a fim de evitar o excesso de calor, e se agasalham quando a temperatura cai. Assim, o organismo não fica exposto às alterações térmicas que prejudicam sua estabilidade. O ar refrigerado dá uma agradável sensação de bem-estar porque é controlado para manter o ambiente em temperatura constante, sejam quais forem as alterações climáticas que possam ocorrer.
Nas regiões tropicais, o calor do verão é amenizado também pelo uso de ventiladores, circuladores de ar e outros recursos. Nos lugares mais frios, além da tradicional lareira, as casas costumam ser dotadas de sistemas de aquecimento central.
Por outro lado, o calor é muito mais importante em nossa vida do que a simples sensação que nos causa. O calor cozinha os alimentos, aquece a água, seca a roupa etc. Na indústria, o calor é utilizado para separar os minérios dos metais e na transformação destes em variados utensílios - do arado às armas de guerra -, para preparar a cerâmica, para produzir papel, tecidos, vidro. O calor produzido na queima de combustível em motores movimenta automóveis, navios, aviões e foguetes. Nas usinas termoelétricas e nucleares, o calor faz girar as turbinas que movimentam geradores e produzem energia. O calor que o homem usa provém de diversas fontes. As principais são: o Sol, a terra, as reações químicas, o atrito e a energia nuclear.
Apesar de tão evidente, a natureza do calor, só recentemente, foi definida pela ciência. Até o final do século XVIII, os cientistas acreditavam que o calor era uma espécie de fluido imponderável (sem massa) e invisível que aquecia ou resfriava os corpos. Deram a essa substância o nome de calórico. O equilíbrio térmico era mantido quando os corpos ganhavam ou perdiam calóricos.
Em 1798, o físico Benjamim Thompson, conde Rumford, observou que o atrito aquecia os metais e depois o calor se conservava por algum tempo nas peças atritadas. Logo, o calor seria uma forma de energia obtida pelo trabalho mecânico. Já o químico inglês Humphry Davy concluiu que essa teoria poderia ser demonstrada esfregando-se dois blocos de gelo que se derreteriam pelo atrito, sem possuir calóricos. Assim se produzia calor do nada.
Foi o físico alemão Hermann Von Helmholtz que, em 1847, estabeleceu a definição de calor como energia mecânica, afirmando que todas as formas de energia equivalem a calor. Isso foi provado logo depois por seu colega inglês James Prescott Joule. Construindo um aparelho simples, que aproveitava o trabalho mecânico produzido pela queda de corpos, Joule mediu a quantidade de energia mecânica necessária para elevar por agitação a temperatura de uma certa quantidade de água. Estava demonstrada quantitativamente a equivalência mecânica do calor.
Concluímos que, assim como o movimento produz calor, o calor, por sua vez, produz movimento. Desse modo a antiga teoria dos calóricos se uniu com a nova noção de energia térmica.
Equilíbrio térmico
Quando dois corpos com temperaturas distintas são colocados perto um do outro em um mesmo ambiente, há uma troca de energia térmica entre eles sob a forma de calor. Ao longo do tempo, eles tendem a ter a mesma temperatura, ou seja, adquirem o equilíbrio térmico. O corpo que apresentava temperatura mais alta perde energia térmica, enquanto o outro corpo ganha energia e tem sua temperatura elevada.
Tipos de calor
- Calor sensível: provoca apenas a variação da temperatura do corpo. A quantidade de calor sensível (Q) que um corpo de massa m recebe é diretamente proporcional ao seu aumento de temperatura. Logo, é possível calcular a quantidade de calor sensível usando a seguinte fórmula:
- Calor latente: provoca algum tipo de alteração na estrutura física do corpo. É a quantidade de calor que a substância troca por grama de massa durante a mudança de estado físico. É representado pela letra L. É medido em caloria por grama (cal/g).
Para calcular o calor latente é necessário utilizar a seguinte expressão:
Onde Q é a quantidade de calor recebida ou cedida pelo corpo, m é a massa do corpo e L é o calor latente ou calor de transformação mássico (é a energia necessária fornecer á massa de 1Kg de substância para que mude de estado).
Capacidade térmica (C)
A capacidade térmica (C) é uma característica do corpo. Se tivermos m gramas de uma substancia pura de calor específico c, a Quantidade de calor ΔQ necessaria para elevar sua temperatura de ΔT é:
Onde C é a capacidade térmica, Q é a quantidade de calor recebida ou cedida pelo corpo e Δt é a variação de temperatura sofrida pelo corpo. A capacidade térmica é medida em calorias por grau Celsius (cal/°C) ou caloria por Kelvin (cal/K).
Calor específico (c)
Ao contrário da capacidade térmica, o calor específico não é característica do corpo, mas sim característica da substância. Corresponde à quantidade de calor recebida ou cedida por 1 g da substância que leva a uma variação de 1°C na temperatura do corpo em questão. É dado pela relação da capacidade térmica do corpo pela sua massa. É representado pela letra c (minúscula) e é medido em cal/g.°C ou cal/g.K:
Onde c é o calor específico, C é a capacidade térmica e m é a massa.
Quantidade de Calor ΔQ
Grandeza física que determina a variação na quantidade de energia térmica em um corpo, ou seja, determina a energia térmica que transitou para outro corpo ou que mudou de natureza. A unidade do SI para quantidade de calor é o J (Joule), mas é comum usar cal (Caloria) ou Cal (Caloria alimentar).
Fórmulas
A quantidade de calor pode ser representada por 
, representando uma variação de energia térmica no corpo (perceba que a energia não se perde, apenas transita ou muda de natureza).
Quantidade de calor sensível
Essas são as fórmulas para se calcular a quantidade de calor que não causa mudança de estado físico, apenas de temperatura.
A quantidade de calor sensível (
) pode ser calculada a partir da potência de uma fonte térmica (
) e do tempo de fornecimento de energia a partir dessa fonte témica (
).
Também é possível calcular a quantidade de calor a partir da massa da substância que sofre variação térmica (
), do calor específico dela (
) e da variação térmica que o corpo sofre (
).
Quantidade de calor latente
É a quantidade de calor que causa mudança de estado físico, mas não de temperatura.
A quantidade de calor latente (
) pode ser calculada pelo calor latente (
) e pela massa da substância.
Tópicos Relacionados
Ligações externas
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