Calorimetria: aprenda o que é calor, fórmulas e exercícios

Uma das expressões mais comuns em nosso país tropical é: “estou com calor”! Embora a expressão seja plenamente entendida por todos, será que um corpo tem mesmo a capacidade de “ter calor”? Na Física, isso é explicado pela calorimetria.

O que é calor

Calor é a energia térmica em trânsito entre dois corpos com temperaturas diferentes.

A expressão citada no início da aula nos remete à ideia de que um corpo possa possuir calor. Porém essa afirmação é falsa!  Fisicamente falando, um corpo não pode possuir o calor. O calor surge quando dois corpos têm temperaturas diferentes e, por causa da lei zero da termodinâmica, eles tendem a entrar em equilíbrio térmico trocando calor.

Diferença entre temperatura e calor

O calor é definido como a energia térmica em trânsito entre corpos a temperaturas diferentes. Por sua vez, a temperatura é a medida da agitação das partículas que constituem determinado corpo.

Entenda melhor a diferença entre temperatura e calor com a videoaula abaixo.

Quantidade de calor

Para avaliar o calor transferido entre os corpos, a calorimetria utiliza a grandeza denominada quantidade de calor, geralmente representada por Q.

A quantidade de calor, por ser uma forma de energia, é medida no Sistema Internacional de Unidades pelo joule (J). Entretanto, por razões históricas, as unidades mais utilizadas para se medir a quantidade de calor são a caloria (cal) e a quilocaloria (kcal).

Por definição, uma caloria (1 cal) é a quantidade de calor que, ao ser recebida por 1 grama de água, provoca nessa água uma variação de temperatura de 1 °C (de 14,5 °C para 15,5 °C), sob pressão normal.

1 cal ≅ 4,2 J

1 kcal = 4200 J

1 kcal = 1000 cal

Portanto, podemos estabelecer a seguinte ideia: se calor é a energia térmica em trânsito, então podemos senti-lo, mas não podemos possuir calor. Assim, uma expressão fisicamente correta seria: “estou sentindo calor”!

Tipos de calor

Além de pensarmos na diferença entre temperatura e calor, você também precisa saber que no estudo da calorimetria existem dois tipos de calor a serem analisados: o calor sensível e o calor latente.

É importante ressaltar que a calorimetria trabalha apenas com corpos constituídos por substâncias puras. Isso significa que esses corpos são formados apenas por um tipo de moléculas. Por exemplo, a água, que é formada apenas por moléculas de H2O. O mesmo acontece com o metanol, o ferro, o cobre e o alumínio.

Essa ressalva é importante porque quando ocorre troca de calor em corpos constituídos por substâncias puras a mudança de temperatura e a mudança de estado físico não ocorrem simultaneamente.

Desta forma, se o calor estiver provocando uma mudança de temperatura, o corpo não estará mudando de estado físico ao mesmo tempo. Por outro lado, se o calor estiver provocando uma mudança de estado físico no corpo, este não estará sofrendo mudança de temperatura.

Ou seja, na calorimetria, quando um corpo recebe ou cede calor ele ou muda de temperatura ou muda de estado físico.

Feita essa observação, podemos estudar os tipos de calor: o calor sensível e o calor latente.

Calor sensível

O calor sensível faz o corpo variar sua temperatura sem mudar seu estado físico. Para isso, analisa-se também qual é a capacidade térmica do corpo.

Por exemplo, a água para se fazer um café pode ser aquecida de 25ºC até 70ºC. Portanto, o calor envolvido é sensível, uma vez que há variação de temperatura e o estado físico da água não muda durante o aquecimento.

Videoaula sobre calor sensível

Calor latente

Por sua vez, o calor é aquele que, recebido ou cedido pelo corpo, provoca a mudança de seu estado físico. Ao estudar o calor latente, é importante analisar a curva de aquecimento da substância.

Por exemplo, ao ferver a água para cozinhar um alimento a temperatura pode variar até 100ºC ou mais. Neste caso, até chegar aos 100ºC o calor envolvido é sensível, mas durante a ebulição nos 100ºC é analisado o calor latente.

Videoaula sobre calor latente

Equação fundamental da calorimetria

Vamos considerar um corpo de massa m que, ao receber uma quantidade de calor Q, sofre uma variação de temperatura Δθ. É intuitivo perceber que a quantidade de calor Q é diretamente proporcional à massa m do corpo e à variação de temperatura Δθ, certo?

Portanto, podemos concluir que:

• Para uma dada variação de temperatura, quanto maior a massa m, maior a quantidade de calor Q necessária.
• Para uma dada massa, quanto maior a variação de temperatura Δθ, maior a quantidade de calor Q necessária.

A partir dessas constatações, podemos deduzir a equação fundamental da calorimetria:

Q = m . c . Δθ

Na equação fundamental da calorimetria,

• Q é a quantidade de calor sensível, medida em cal (calorias);
• m é a massa do corpo, medida em g (gramas);
• c é o calor específico da substância (uma constante de proporcionalidade, característica da substância e de seu estado físico);
• Δθ é a variação da temperatura, medida em ºC (graus Celsius).

Exercícios sobre calorimetria

1. Para se medir a quantidade de calor trocado entre dois corpos, a temperaturas diferentes, usa-se, dentre outras, a unidade joule (símbolo: j) ou a unidade caloria (símbolo: cal), que se relacionam por: cal = 4,18 J (aproximadamente). Então, a quantidade de calor: Q =1045 J, corresponde, em kcal (quilocaloria), a:

a) 418

b) 250

c) 41,8

d) 2,5

e) 0,25

2. (UTFPR) Analise as seguintes afirmações sobre conceitos de termologia:

I) Calor é uma forma de energia.

II) Calor é o mesmo que temperatura.

III) A grandeza que permite informar se dois corpos estão em equilíbrio térmico é a temperatura.

Está(ão) correta(s) apenas:

a) I.

b) II.

c) II.

d) I e II.

e) I e III.

3. (CFTMG) Ao se colocar gelo em um copo com água, verifica-se que a água resfria. Esse fenômeno é explicado pelo fato do(a)

a) gelo liberar calor para água.

b) gelo ceder energia para água.

c) água ceder calor para o gelo.

d) água absorver energia do gelo.

4. (CFTMG 2014) No senso comum, as grandezas físicas calor e temperatura geralmente são interpretadas de forma equivocada. Diante disso, a linguagem científica está corretamente empregada em

a) “Hoje, o dia está fazendo calor”.

b) “O calor está fluindo do fogo para a panela”.

c) “A temperatura está alta, por isso estou com muito calor”.

d) “O gelo está transmitindo temperatura para água no copo”.

Gabarito 

1. [E] 2. [E] 3. [C] 4. [B]