Para iniciarmos o estudo da calorimetria, vamos relembrar o conceito calor. Calor é energia térmica em trânsito, ou seja, o calor só existe quando não há equilíbrio térmico entre corpos que estão sendo estudados. Essa energia em trânsito se desloca do corpo de maior temperatura para o corpo de menor temperatura.
Calorimetria
A calorimetria é uma análise do problema que envolve trocas de calor quando corpos de diferentes temperaturas são postos juntos em recipientes termicamente isolantes e isolados do meio exterior.
Se tivermos um sistema fechado contendo dois corpos A e B, sendo que a temperatura do corpo A é maior que a de B, irá ocorrer troca de calor até que ambos os corpos estejam em equilíbrio. É preciso observar que, ao final do processo, a temperatura de equilíbrio será menor que a maior temperatura (no caso temperatura do corpo A) e maior que a menor temperatura (no caso temperatura do corpo B).
T maior > T equilíbrio > T menor
Calor Sensível e Calor Latente
Quando um corpo recebe ou cede calor, isso ocasiona uma variação na energia cinética desse corpo. Um corpo que recebe ou cede calor mantém seu estado de agregação. Apenas sua temperatura varia. Quando falamos de variação de temperatura, estamos falando de calor sensível, que é o calor trocado.
O calor recebido ou cedido por um corpo irá afetar seu estado físico. Nesse caso, a temperatura é constante. A água, em condições normais, entra em ebulição com 100°C, sua temperatura permanece constante nesse ponto, enquanto ocorre a mudança de estado físico. Quando falamos de mudança de estado físico, estamos falando de calor latente.
Quantidade de Calor
Critério de Igualdade
Quando dois corpos possuem uma mesma variação de temperatura, dizemos que suas quantidades de calor são iguais.
Critério da Multiplicidade
Uma quantidade de calor será n vezes igual a outra quando ambas provocam uma mesma variação de temperatura a partir da uma temperatura inicial por massas das quais uma é n vezes maior que a outra.
Unidades de Calor
A unidade de calor adotada é a caloria (cal). Caloria é uma quantidade de calor que deve ser fornecida a um grama de água para elevar sua temperatura a 1°C. A quilocaloria (kcal = 10³ cal) é um múltiplo da caloria. A quilocaloria deve ser fornecida a 1 kg de água, para elevar sua temperatura em 1°C. Em nosso dia-a-dia, a unidade que devemos usar quando nos referimos a alimentos é a kcal.
Outra unidade, a qual podemos usar, é a de energia no S.I., o joule (J). Sendo que 1 kcal = 4,18 J. Se você observar um ar condicionado, por exemplo, poderá encontrar outra unidade de calor, a BTU (unidade térmica inglesa: British Thermal Unit). 1 BTU = 1055 J = 252 cal. Na engenharia, um BTU é adotado com um valor de 0,293 W.h (watt.hora).
Capacidade Térmica
Vamos utilizar a letra Q como sendo a quantidade de calor que um corpo troca com e exterior, e ΔT como sendo a variação de temperatura. A capacidade térmica de um corpo é a razão entre a quantidade de calor e a variação de temperatura:
C = Q/ΔT
A unidade da capacidade térmica é dada por cal/°C, mas a medida pode ser feita em joule, sendo assim, a unidade será J/°C.
Calor Específico (c)
É a capacidade térmica de um corpo por uma unidade de massa desse corpo.
Q = mcΔT
Usualmente Q é medido em calorias, m em gramas e ΔT em °C. Portanto, a unidade de calor específico pode ser dado por cal/g°C, e se a medida for em joules, J/g°C.
Podemos notar que quanto menor o calor específico de uma substância, menor será a quantidade de calor necessária para variar sua temperatura.
Calor Latente
Calor latente é quantidade de calor que um corpo tem de trocar com o exterior para que ocorra a mudança de estado sem a variação de temperatura. A equação de calor latente é a seguinte:
Q = mL
Princípio da Igualdade das Trocas de Calor
Esse princípio mostra que quando dois corpos, com temperaturas diferentes, são colocados no interior de um recipiente isolado termicamente, trocam calor entre si até atingirem o equilíbrio térmico. A soma das quantidades de calor cedidas e recebidas pelos corpos no sistema é sempre zero.
ΣQrec + ΣQced = 0
Calorimetria
A calorimetria é uma análise do problema que envolve trocas de calor quando corpos de diferentes temperaturas são postos juntos em recipientes termicamente isolantes e isolados do meio exterior.
Se tivermos um sistema fechado contendo dois corpos A e B, sendo que a temperatura do corpo A é maior que a de B, irá ocorrer troca de calor até que ambos os corpos estejam em equilíbrio. É preciso observar que, ao final do processo, a temperatura de equilíbrio será menor que a maior temperatura (no caso temperatura do corpo A) e maior que a menor temperatura (no caso temperatura do corpo B).
T maior > T equilíbrio > T menor
Calor Sensível e Calor Latente
Quando um corpo recebe ou cede calor, isso ocasiona uma variação na energia cinética desse corpo. Um corpo que recebe ou cede calor mantém seu estado de agregação. Apenas sua temperatura varia. Quando falamos de variação de temperatura, estamos falando de calor sensível, que é o calor trocado.
O calor recebido ou cedido por um corpo irá afetar seu estado físico. Nesse caso, a temperatura é constante. A água, em condições normais, entra em ebulição com 100°C, sua temperatura permanece constante nesse ponto, enquanto ocorre a mudança de estado físico. Quando falamos de mudança de estado físico, estamos falando de calor latente.
Quantidade de Calor
Critério de Igualdade
Quando dois corpos possuem uma mesma variação de temperatura, dizemos que suas quantidades de calor são iguais.
Critério da Multiplicidade
Uma quantidade de calor será n vezes igual a outra quando ambas provocam uma mesma variação de temperatura a partir da uma temperatura inicial por massas das quais uma é n vezes maior que a outra.
Unidades de Calor
A unidade de calor adotada é a caloria (cal). Caloria é uma quantidade de calor que deve ser fornecida a um grama de água para elevar sua temperatura a 1°C. A quilocaloria (kcal = 10³ cal) é um múltiplo da caloria. A quilocaloria deve ser fornecida a 1 kg de água, para elevar sua temperatura em 1°C. Em nosso dia-a-dia, a unidade que devemos usar quando nos referimos a alimentos é a kcal.
Outra unidade, a qual podemos usar, é a de energia no S.I., o joule (J). Sendo que 1 kcal = 4,18 J. Se você observar um ar condicionado, por exemplo, poderá encontrar outra unidade de calor, a BTU (unidade térmica inglesa: British Thermal Unit). 1 BTU = 1055 J = 252 cal. Na engenharia, um BTU é adotado com um valor de 0,293 W.h (watt.hora).
Capacidade Térmica
Vamos utilizar a letra Q como sendo a quantidade de calor que um corpo troca com e exterior, e ΔT como sendo a variação de temperatura. A capacidade térmica de um corpo é a razão entre a quantidade de calor e a variação de temperatura:
C = Q/ΔT
A unidade da capacidade térmica é dada por cal/°C, mas a medida pode ser feita em joule, sendo assim, a unidade será J/°C.
Calor Específico (c)
É a capacidade térmica de um corpo por uma unidade de massa desse corpo.
Q = mcΔT
Usualmente Q é medido em calorias, m em gramas e ΔT em °C. Portanto, a unidade de calor específico pode ser dado por cal/g°C, e se a medida for em joules, J/g°C.
Podemos notar que quanto menor o calor específico de uma substância, menor será a quantidade de calor necessária para variar sua temperatura.
Calor Latente
Calor latente é quantidade de calor que um corpo tem de trocar com o exterior para que ocorra a mudança de estado sem a variação de temperatura. A equação de calor latente é a seguinte:
Q = mL
Princípio da Igualdade das Trocas de Calor
Esse princípio mostra que quando dois corpos, com temperaturas diferentes, são colocados no interior de um recipiente isolado termicamente, trocam calor entre si até atingirem o equilíbrio térmico. A soma das quantidades de calor cedidas e recebidas pelos corpos no sistema é sempre zero.
ΣQrec + ΣQced = 0
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