05-11-2015
ESTUDO DO CALOR
E ESTADOS DA
MATÉRIA
Professor Paulo Christakis, M.Sc.
Professor de Ciências – Física
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EQUILÍBRIO TÉRMICO
Quando dois ou mais corpos
que possuem temperaturas
diferentes estão num recinto
isolado termicamente, após
certo intervalo de tempo eles
atingem o equilíbrio térmico
(mesma temperatura).
Ex: Um feijão retirado do fogo e um copo
com água da geladeira são colocados
sobre a mesa. Após alguns minutos,
observamos que ambos atingiram a
temperatura ambiente (o feijão “esfriou”
e a água “esquentou”).
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CALOR
Consideremos a seguinte situação: um corpo mais
quente entra em contato com um corpo mais frio. Após
um tempo, os dois corpos ficam com temperaturas
iguais, pois atingem o equilíbrio térmico.
O que será que “passa” de um corpo para outro quando
eles estão com diferentes temperaturas? Será que o que
é transferido é a própria temperatura?
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Em 1770, o cientista britânico Joseph Black (1728-1799)
mostrou que, quando misturamos partes iguais de um
líquido (leite, por exemplo), inicialmente com
temperaturas
diferentes,
ocorre
uma
mudança
significativa das temperaturas de ambas as partes.
Todavia, se derramarmos um copo de leite morno em um
balde cheio de água a 0°C e com vários cubos de gelo
fundente, e isolarmos esse sistema, a temperatura do
leite mudará expressivamente, mas a da mistura de água
e gelo não. Com esse simples experimento, o cientista
demonstrou que “aquilo” que é transferido nesse
processo não é a temperatura.
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Assim, durante os processos citados, o que ocorreu foi
uma transferência de energia térmica do corpo mais
quente para o corpo mais frio até o momento em que
atingiram a mesma temperatura. Essa energia transferida
é denominada calor.
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Calor é a energia térmica em trânsito motivada por uma
diferença de temperatura. Essa energia é transferida
espontaneamente do corpo de maior temperatura para o
de menor temperatura. Sendo θA a temperatura do corpo
A, e θB a temperatura do corpo B, temos que:
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UNIDADES DE QUANTIDADE DE CALOR
Calor é uma forma de energia. Logo,
medir a quantidade de calor trocada em
Sistema Internacional será o joule (J).
estudo da Termologia, é muito comum
caloria (cal).
a unidade para
um processo no
No entanto, no
usar a unidade
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MODALIDADES DE CALOR
Fornecer ou retirar calor de um corpo
traz algumas consequências. Ele pode
tanto sofrer variações de temperatura
como mudar de estado físico. Por
exemplo, quando um pedaço de metal
é colocado sob uma chama, nota-se
que o calor recebido provoca uma
mudança na temperatura do metal. A
essa modalidade de calor é dado o
nome de calor sensível.
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Nessa fórmula, c é uma constante de proporcionalidade
denominada calor específico sensível, sendo uma
grandeza característica da substância. Seu valor está
sujeito à temperatura da substância e ao estado físico e
não depende da massa. A unidade usual do calor
específico é o cal/g°C.
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Os corpos que possuem baixa capacidade térmica
aquecem mais rapidamente e, quando estão a altas
temperaturas, esfriam com mais velocidade. Quando um
corpo possui alta capacidade térmica, ele demora mais
para ser aquecido e, quando está em alta temperatura,
demora mais para esfriar. A perda ou o ganho de calor é
diretamente proporcional à capacidade térmica.
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A capacidade térmica é uma característica do corpo e
não da substância. Assim, massas diferentes de ferro
têm capacidades térmicas diferentes, apesar de serem
da mesma substância. A capacidade térmica, portanto, é
proporcional à massa e ao calor específico que
compõem o corpo.
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Quando um cubo de gelo é retirado do congelador e
deixado em contato com o meio ambiente, pode-se
observar uma mudança de estado, a fusão do gelo. A
essa modalidade de calor é dado o nome de calor
latente.
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A constante de proporcionalidade L é a quantidade de
calor que se deve fornecer para cada unidade de massa
da substância ou retirar dela para mudar de estado. A
unidade usual é a cal/g.
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O calor sensível e o calor latente não ocorrem
simultaneamente. Para exemplificar, vamos utilizar o
aquecimento de uma determinada massa de gelo
inicialmente a -10°C até sua transformação em vapor, a
130°C. As transformações estão indicadas no esquema
a seguir:
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Referências
Os fundamentos da física. Disponível
<http://osfundamentosdafisica.blogspot.com.br/>.
Acesso em: 01/05/2015.
em:
Desenhos e charges. Disponíveis na internet. Acesso
em: 01/05/2015.