Trocas de Calor nas Mudanças de estado. Calor Latente.

Temperatura e calor

Temperatura,  variável de enorme  importância nos estudos hidrobiológicos e para as atividades agropecuárias, -p.ex. aqüicola - ,  nesta influindo e determinando desde à escolha do local para implantação do empreendimento, na escolha das espécies a serem criadas, no manejo das criaturas mantidas como reprodutoras, nas épocas melhores para se realizar a reprodução induzida ou não, na manutenção, engorda e despesca, no entendimento da biologia das espécies a serem trabalhadas, no manejo, na relação e inter-relação de inúmeras outras variáveis físicas, químicas e biológicas ocorridas na água e no solo, além das ocorridas nas próprias espécies criadas.

Pouquíssimos são os criatórios que mantêm uma periodicidade na determinação e interpretação dessa variável temperatura, (do ar e da água), e o porque disso, do quase total desprezo, podendo-se assim dizer, se deve a falta de melhores informações sobre o  que significa e aonde tal variável interfere. Essa displicência,  (falta de interesse e de conhecimento), é notada desde os mais simples criadores até nos muitos tidos técnicos em criação de organismos aquáticos.

Embora o conhecidíssimo equipamento utilizado, (termômetro), seja de fácil obtenção,  manejo e leitura, tem-se notado que raríssimos são os técnicos e produtores que incluem nos seus planos e quadros de determinações e acompanhamento, (monitoramento), essa variável, por completo, determinando a temperatura do ar e a temperatura da água. Se o fazem de início, chegam a abandonar logo em seguida, achando que algumas determinações já os colocam como  “exper”  em climatologia, (clima regional), o que é um enorme erro pois a temperatura ambiente, mesmo aquela prevista, quadro de máxima, média e mínima distribuídas pelos períodos climáticos do ano, não significa ou fornece total subsídio.

Dados, anotações e conhecimento de situações ambientais quanto a temperatura, (ar e água), orienta em muito na interpretação das constantes e  até diferentes variações comportamentais biológicas e da própria massa aquática, tanto na visão horizontal como vertical de um sistema hídrico ou de uma criação de organismos aquáticos. Porém, tudo isso é fartamente relegado à um último plano, mesmo sabendo-se que “temperatura nada mais é que uma propriedade de transferência/transmissão da energia térmica, ou simplesmente de calor, entre um e outro meio”, ocorrendo tanto no líquido, sólido e gasoso.

 Como se percebe, a primeira dificuldade é de conhecimento básico, do simples  significado da  temperatura, ou seja saindo-se das simples sensações de “quente e frio”, não se querendo citar outros conceitos, nos seus mais amplos entendimentos, o que na lida prática do dia a dia do hidrobiologista e do produtor aqüícola, até devam ser de obrigatório domínio, apontando-se  ai o corriqueiro conhecimento das outras variáveis físicas, químicas e biológicas que determinam ou influem ou sofrem influência nessa e dessa variável, temperatura, comprometendo ou auxiliando o desempenho dos organismos, do sistema, do meio ou ambiente, em questão.

Aqui, o autor, quando aluno do curso de Biologia e Piscicultura, em 1975, na então Estação Experimental de Biologia e Piscicultura/Cachoeira de Emas-Pirassununga/SP, oferecido pela antiga SUDEPE, notava e se intrigava muito, pois os seus professores, eminentes mestres, discursavam sobre a biologia dos peixes, anatomia, reprodução, alimentação, doenças, pesca e despesca, limmologia (não é Qualidade das Águas), construção de tanques, elaboração de ração, até conservação e preparo do pescado,  e não  citavam ou discutiam sobre as inter-relações do meio em que os peixes viviam, a ÁGUA.

Até hoje, (2005) na maioria dos encontros, seminários e congressos de ictiologia e de aqüicultura, pouco ou mesmo não se apresentam palestras, cursos e debates sobre o tema ÁGUA. Apontam-se as situações de distribuição da ictiofauna, da poluição, da contaminação, da preservação do pescado, sua comercialização, tipos e composição de ração e se esquece do princípio, aonde o peixe ou organismo aquático vive, com suas variáveis físicas, químicas e biológicas, por exemplo a temperatura do ar e a temperatura da água.

Encontra-se fartos relatórios técnicos, trabalhos científicos e teses, que apenas reproduzem inúmeros dados, não só da variável temperatura (ar/água), sem procurar relações e inter-relações com o sistema, meio e ambiente onde se efetuou determinações tão importantes. Apenas compara-se os valores com os limites preestabelecidos pela legislação, quanto ao seus diversos usos da água e sua caracterização de qualidade.

Esquecem que a temperatura tem um papel importante na velocidade e no grau de inúmeras reações químicas. Nós humanos, (homeotermos), possuímos certos mecanismos para manter a temperatura a 36-37º (CelsiusºC), visto que uma temperatura um pouco maior pode resultar em reações nocivas à saúde, com conseqüências sérias. Tal variável controla também o tipo e a quantidade de radiações térmicas emitidas pela corpo ou área. Já os organismos aquáticos, (peixes, anfíbios, etc.), por serem considerados pecilotérmicos, isto é, não possuem mecanismos internos de controle de temperatura corporal, a ação ou dependência é bem maior.

Na verdade, a temperatura  apresenta efeito  sobre as reações  (externas e internas) de todos organismos do reino animal e vegetal, interferindo na disposição dos mesmos; nas atividades metabólicas; nos reflexos comportamentais; na disposição alimentar e reprodutiva, além de colocá-los com maior ou menor sensibilidade a doenças.

A temperatura é uma propriedade que implica nas noções comuns de “quente” ou “frio”. Em geral a matéria com uma temperatura maior é dita mais quente. Entende-se: como quente, qualidade de estar com maior temperatura do que outra coisa, comparativamente, sensação térmica (por vezes tátil) associada a objetos que transmitem calor para quem os toca. Por outro lado, o frio é a qualidade de estar com menor temperatura do que outra coisa, com pouco ou ausência de calor. A ciência que estuda as propriedades precisas da temperatura chama-se Termodinâmica. (WIKIPEDIA, 2004).

Como já citado, a temperatura é devida à transferência/transmissão da energia térmica, ou calor, entre um e outro sistema. A transferência espontânea de calor entre objetos em contato ocorre sempre do mais quente para o mais frio, (o de maior temperatura perde calor enquanto o de menor temperatura recebe calor), levando ou tendendo à ambos atingirem a mesma temperatura (o equilíbrio térmico).

Vejamos: em diversos momentos na nossa vida podemos presenciar, e até mesmo sentir, a transferência de calor entre objetos. Na cozinha por exemplo, diariamente para preparar os alimentos precisamos aquecê-los. Ao terminar de prepará-los, eles começam a esfriar. Esfriam até atingir um equilíbrio térmico com o meio onde estão, a mesma temperatura do ambiente, (quem demora come frio ou menos quente). Nesse exemplo a troca de calor ocorreu entre a panela onde estavam os alimentos e o ar que a rodeava. Não é por acaso que a cozinha esquenta, a cozinheira sente calor; elas recebem o calor dos objetos aquecidos em seu interior e entorno, (além do emitido pela queima do combustível. p. ex., da madeira, do carvão, do gás, etc.).

Outra importante observação foi feita em 1840 por um físico chamado Germain Henri Hess que trabalhava em St. Petersburg, na Rússia. Com base nos seus estudos sobre calores de reação, ele decidiu que, de um modo geral, quando uma reação se dá em etapas, a soma dos calores de reação correspondentes aos diversos estágios é igual ao calor de reação obtido quando a reação é realizada completamente, em uma só etapa. Isto recebeu o nome de lei de Hess. Esta lei é tão importante que o físico Hess pode ser considerado como sendo o pai da Termoquímica, a química do calor. Outra maneira (mais geral) de exprimir a lei de Hess é a seguinte: "se passamos da substância A para a substância B por meio de transformações químicas, não importa quais sejam os detalhes destas transformações químicas, a variação final, total, de energia será sempre a mesma."

Pois então, com simples exemplos de transferência de calor chega-se à entender a nossa sensação de frio ou quente. Quando o ambiente em que estamos se torna mais frio do que o nosso corpo, então o calor do nosso corpo começa a propagar para o ambiente e nós começamos a sentir frio. Quando o ambiente está mais quente, não há transferência de calor do nosso corpo para o meio, (recebemos calor), e temos a sensação de quente. Transferência espontânea de calor ocorre sempre do objeto de maior temperatura para aquele de menor temperatura. Essa transferência de energia ocorre até que as temperaturas se igualem, ou seja, até que os objetos atinjam o equilíbrio térmico

Por exemplo, nos ecossistemas aquáticos continentais, a quase totalidade da propagação do calor ocorre por transporte na ou para a massa d’água, sendo a eficiência deste em função da ausência ou presença de camadas de diferentes densidades. Em lagos que apresentam temperaturas uniformes em toda a coluna, a propagação do calor através de toda a massa líquida pode ocorrer de maneira bastante eficiente, uma vez que a densidade da água nessas condições é praticamente igual em todas as profundidades, sendo o vento o agente fornecedor da energia indispensável para a mistura das massas d’água.

Por outro lado, quando as diferenças de temperatura geram camadas d’água com diferentes densidades, que em si já formam uma barreira física, impedindo que se misturem, e se a energia do vento não for suficiente para misturá-las, o calor não se distribui uniformemente, criando a condição de estabilidade térmica. Quando ocorre este fenômeno, o ecossistema aquático está estratificado termicamente. Os estratos formados freqüentemente estão diferenciados física, química e biologicamente.

Calor

È a energia térmica transferida entre dois corpos que estão a  temperaturas diferentes.

Transmissão de calor

É a denominação dada à passagem da energia térmica, de um corpo para outro ou de uma parte para outra de um mesmo corpo, que durante a transferência recebe o nome de calor. Os corpos (p.ex.: corpos d’água, corpos sólidos, etc.) apresentam “capacidades térmicas diferentes,” dependendo das características físicas de cada corpo, (volume, massa, peso, etc.), mas quando formados pela mesma substância, apresentam o mesmo “calor específico”.

Capacidade térmica

Ou capacidade calorífica de um corpo é a quantidade de calor necessária por unidade de variação de temperatura do corpo. É uma característica do corpo e não da substância. Assim, diferentes corpos d’água, diferentes volumes d’água, diferentes dimensões de lagos, de tanques ou represas d’água, têm diferentes capacidades térmicas, apesar de conterem a mesma substância (água). Volume menor d’água aquece-se  mais rapidamente que um outro volume maior, quando exposto a mesma fonte de calor. É da capacidade térmica que obtemos as suas unidades de medida de temperatura-ºC, porém quando considerarmos a capacidade térmica da unidade de massa temos o calor específico da substância considerada.

Calor específico

Calor específico é definido como sendo a quantidade de calor que cada grama de uma substância necessita trocar para variar a sua temperatura de 1 oC. Quanto menor o calor específico-cal/g°C de uma substância mais rapidamente poderá ela variar a sua temperatura-ºC.

 

 

Substância	Calor específico (cal/gºC)
água	1,00
álcool	0,58
alumínio	0,219
chumbo	0,031
cobre	0,093
ferro	0,110
gelo	0,55
mercúrio	0,033
prata	0,056
vidro	0,20
vapor d’água	0,48

Então, qualquer massa líquida apresenta a capacidade de reter ou ceder calor, mesmo em quantidades diferentes para cada substância, e como vimos essa propriedade é chamada de “calor específico”, que no caso da temperatura  da água tem como fonte de calor basicamente a temperatura do ar, mas sempre com um intervalo na sua manifestação, esfriando e aquecendo mais lentamente.

O calor específico é uma característica da substância e não do corpo. Assim, cada substância tem o seu calor específico, portanto diferentes volumes d’água apresentam o mesmo calor específico, pois são de mesma substância. A unidade de medida do calor específico é a caloria-cal

Caloria

Por definição a caloria ou pequena caloria está ligada aos conceitos de calor e calor específico, é a quantidade de energia necessária para elevar a temperatura de 1 grama de água de 14,5 para 15,5 oC. A grande caloria ou também mais conhecida como Quilocaloria (Kcal), como o próprio nome diz, é a quantidade de energia necessária para elevar a temperatura de 1 Kg de água de 14,5 para 15,5 oC. A unidade de medida de calor é definida como caloria-cal. Não confundir com a unidade de medida para temperatura que pode ser em graus centígrados-ºC, por exemplo.

Equilíbrio e agitação térmica

Quando dois sistemas estão com a mesma temperatura, eles estão em equilíbrio térmico e não há transferência de calor. Quando existe uma diferença de temperatura, o calor será transferido do sistema de temperatura maior para o sistema de temperatura menor até atingir um novo equilíbrio térmico.

Quanto mais se junta calor a um sistema, mais a sua temperatura aumenta. Ao contrário, uma perda de calor provoca um abaixamento da temperatura do sistema. Na escala microscópica, este calor corresponde à agitação térmica de átomos e moléculas no sistema. Assim, uma elevação de temperatura corresponde a um aumento da velocidade de agitação térmica dos átomos.

Características  físicas da temperatura

Sabe-se que a temperatura é uma característica física, sendo uma medida de intensidade de calor ou energia térmica em transito, pois indica o grau de agitação das moléculas, interferindo por exemplo em outras variáveis físicas e químicas como transparência, substâncias,/coloração, alcalinidade, salinidade, pH, toxidade de elementos capacidade de  retenção e saturação de gases, (p. e. o oxigênio),  etc.

Quando um corpo recebe ou cede calor, (transmissão de calor), ocorre uma transformação com variação ou não de temperatura, não ocorrendo ou ocorrendo  mudança de estado físico. No primeiro caso, com variação de temperatura, dizemos que se trata de calor sensível(*) e, no segundo, sem variação na temperatura, “calor latente” quando  a pressão for constante. Se o calor é “latente”, ocorre mudança de estado, mantendo-se a mesma temperatura.

Pois então, quando a troca de calor provoca apenas variação na temperatura dos corpos envolvidos, sem mudança na forma física, eles estão trocando calor sensível devendo-se falar em calorimetria. Caso, se durante a troca de calor ocorrer alguma mudança de estado, o corpo que sofreu essa mudança terá recebido ou perdido calor,  devemos substituir, no princípio das trocas de calor, pela equação do calor latente:

- (*)Toda matéria, dependendo da temperatura  pode se apresentar em três estados: sólido, líquido e gasoso. Portanto. a quantidade de calor envolvida na mudança de estado decorre da definição de calor latente. Calor latente de mudança de estado L, é a quantidade de calor, por unidade de massa, que é necessário fornecer ou retirar de um dado corpo, a uma certa pressão, para que ocorra a mudança de estado, sem variação de temperatura. É medido em calorias-cal/g .
Então:

- o calor latente de fusão do gelo: LF  =  (mais) + 80cal/g.

- calor latente de solidificação da água: LS = (menos) - 80 cal/g

- o sinal (+) refere-se à quantidade de calor recebida (absorvida) pela substância,

- o sinal (-) à quantidade de calor cedida (liberada) pela mesma.

e.t.: vamos entender melhor: em condições normais, a água entra para o estado sólido a 0ºC  e para o estado líquido também a 0ºC. Do estado líquido para o gasoso e vice versa, o grau a ser atingido é de 100ºC, ou: 

Importante

À pressão constante, toda substância sofre mudança de estado a uma determinada temperatura. À pressão constante, durante a mudança de estado a temperatura se mantém constante. Nas mesmas condições, a quantidade de calor recebida (absorvida) ou cedida (liberada) por uma dada substância, durante a mudança de estado, é, em valor absoluto, igual para a unidade de sua massa.

Ainda mais...

Influência da pressão: a pressão influi sobre as temperaturas em que ocorrem as mudanças de estado físico.

Influência na fusão: quase todas as substâncias, ao fundirem, aumentam de volume; no entanto existem algumas exceções, como a água, a prata, o antimônio, o bismuto, que diminuem de volume ao fundirem; - a pressão interfere na temperatura de fusão desses dois grupos de maneira distintas.

Temperatura de solidificação: tudo o que é dito sobre a temperatura de fusão também é válido para a temperatura de solidificação.

Influência na solidificação: a influência da pressão sobre a ebulição é muito mais simples que sobre a fusão, pois para todas as substâncias a regra agora é única.
e.t.

1) O termo sublimação é usado para designar a mudança direta do estado sólido para o gasoso; o melhor exemplo de sublimação é o da naftalina, que passa do estado sólido diretamente para o gasoso.  Alguns autores classificam a passagem sólido para gasoso como sublimação direta ou 1ª sublimação, e a passagem gasoso para sólido como sublimação inversa ou 2ª sublimação.

2) A mudança líquido para gasoso, que chamamos vaporização, deve ser subdividida em:

a) Evaporação: é um processo espontâneo e lento, que se verifica a uma temperatura qualquer e depende da área de contato. Na evaporação, quanto maior a área de contato mais rapidamente se processa a passagem do estado líquido para o gasoso.

b) Ebulição: é um processo que se verifica a uma determinada temperatura (a pressão tem influência sobre a temperatura, veremos posteriormente). Logo é um processo forçado. É mais rápido que a evaporação.

c) Calefação: ocorre quando uma massa de líquido cai sobre uma superfície aquecida a uma temperatura superior a temperatura de ebulição do líquido. A calefação é um processo quase instantâneo. Ao observarmos gotas d’água caírem sobre uma chapa bem quente, notamos que as gotas vaporizam rapidamente emitindo um chiado característico, isso é calefação.

Princípio geral das trocas de calor

Princípio das trocas de calor

 

Em física, o Princípio das Trocas de Calor diz que o somatório da quantidade de calor em um sistema deve ser nulo.

 Fórmulas

O somatório pode ser representado matemáticamente, onde é a quantidade de calor de cada corpo, por:

Também, de forma mais direta, pode ser representado, sendo a massa de cada corpo, a temperatura do equilíbrio térmico, a temperatura inicial de cada corpo e o calor específico da substância de cada corpo, por:

A quantidade de calor trocada. O calor sensível

Calorimetria

Calorimetria é a parte da física que estuda as trocas de energia entre corpos ou sistemas quando essas trocas se dão na forma de calor. Calor significa uma transferência de energia térmica de um sistema para outro, ou seja: podemos dizer que um corpo recebe calor, mas não que ele possui calor. A Calorimetria é uma ramificação da termologia.

 Termologia

Calor - Energia térmica que flui de um corpo para outro em virtude da diferença de temperatura entre eles. Pode ser adicionado ou removido de uma substância. É medido em calorias ou joules S.I.
Capacidade térmica (C) - É a capacidade de um corpo de mudar sua temperatura ao receber ou liberar calor. Ela é dada como a razão entre a quantidade de calor e a variação de temperatura.

• C: capacidade térmica do corpo.
• Q: quantidade de calor trocada pelo corpo.
• Δθ: variação de temperatura do corpo.

A unidade de capacidade térmica no S.I. é o J/K (Joule por Kelvin).
Calor específico (c): É a capacidade específica de uma substância de mudar sua temperatura ao receber ou liberar calor para cada massa unitária que esta vier a se incluir. Isto quer dizer que a Capacidade Térmica de um corpo é dada pelo Calor Específico da substância que o compõe e sua massa.
A unidade usual para determinar o calor específico é
cal / g⁰C e no S.I. é o J/K.kg

• c: calor específico de um dado material.
• C: capacidade térmica da amostra deste material.
• M: massa da amostra deste material.

Uma caloria (1 cal): é a quantidade de calor necessária para aquecer, sob pressão normal, 1,0 g de água de 14,5°C a 15,5°C.
Função Fundamental da Calorimetria (Quantidade de Calor Sensível)
Ocorre mudança de temperatura nas substâncias.

• Q>0 (o corpo recebe calor) (o corpo se aquece).
• Q<0 (o corpo cede calor)(o corpo se esfria).

Quantidade de Calor Latente
Ocorre mudança de estado nas substâncias.

 Propriedades Envolvidas nas trocas de Calor (Princípios da Calorimetria)

1. Princípios de transformações inversas: a quantidade de calor que um corpo recebe é igual, em módulo, à quantidade de calor que um corpo cede ao voltar, pelo mesmo processo, à situação inicial.
2. Princípio do Equilíbrio Térmico: quando vários corpos inicialmente a temperaturas diferentes trocam calor entre si, e só entre si, observamos que alguns perdem enquanto outros recebem calor, de tal maneira que decorrido um certo tempo, todos estacionam numa mesma temperatura, chamada temperatura de equilíbrio térmico.
3. Princípio da Igualdade das Trocas de Calor: quando vários corpos trocam calor apenas entre si, a soma das quantidades de calor que alguns cedem é igual, em módulo, à soma das quantidades de calor que os restantes recebem.

Q₁ + Q₂ + ... + Q_n = 0

Unidades

C= capacidade térmica (cal/°C)
Q= quantidade de calor (cal)
∆T ou ∆Θ= variação de temperatura
c= calor específico (cal/g°C ou J/kg K)
M= massa (g)
T= temperatura (°C)

Exemplo

1. Ao receber 6000 cal, um corpo de 250 g aumenta sua temperatura em 40°C, sem mudar de fase. Qual o calor específico do material desse corpo?
Quantidade de calor sensíveis:
Q = m.c.Δθ
6000 = 250.c.40
c = 6000/(250.40)
c = 0,6 cal/g.°C

2. Um bloco de vidro de massa m=300g está inicialmente á temperatura θi=25°C. Sabendo que o calor especifico do vidro é c=0,20cal/g°C, calcule a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura do bloco até Θf=40°C.
Q = m.c.Δθ Q = 300.0.20.15 Q = 300.20/100.15 Q = 30.2.15 = 900cal
3. Uma fonte térmica fornece, em cada minuto, 20 cal. Para produzir um aquecimento de 30°C em 50g de um líquido, são necessários 15 min. Determine o calor específico do líquido e a capacidade térmica dessa quantidade de líquido.
Capacidade Térmica:
20/1 = x/15 Q = 300 C = 300/30 C = 10 cal/°C
F = m . a
Capacidade Térmica:
Q = 300 Δθ = 30ºC m = 50g
Q = m.c.Δθ 300 = 50.c.30 300 = 1500.c c = 0,2 cal/g.ºC

Princípio das trocas de calor

 

Em física, o Princípio das Trocas de Calor diz que o somatório da quantidade de calor em um sistema deve ser nulo.

 

 Fórmulas

O somatório pode ser representado matemáticamente, onde é a quantidade de calor de cada corpo, por:

Também, de forma mais direta, pode ser representado, sendo a massa de cada corpo, a temperatura do equilíbrio térmico, a temperatura inicial de cada corpo e o calor específico da substância de cada corpo, por:

O calor específico de um substância

Calor específico

Calor específico é uma grandeza física que define a variação térmica de determinada substância ao receber determinada quantidade de calor. Também é chamado de capacidade térmica mássica. É constante para cada substância em cada estado físico. Pode-se dizer que o calor específico caracteriza uma substância (em determinado estado físico).
A unidade no SI é J/(kg.K) (joule por quilogramas por Kelvin). Uma outra unidade mais usual para calor específico é cal/(g.°C) (caloria por grama por grau celsius).

Fórmulas

É possível calcular o calor específico de uma substância () a partir da capacidade térmica de u corpo composto por ela () e da massa desse corpo ().

Também é possível determinar o calor específico de uma substância a partir da quantidade de calor cedida a um corpo dessa substância (), da massa desse corpo, e da variação térmica () que ele sofre (temperatura final - temperatura inicial).

A tabela abaixo apresenta o calor específico de algumas substâncias à pressão constante de 1 atm.veja abaixo

Substância	Calor Específico (cal/g.°C)
água	1,0
álcool	0,6
alumínio	0,22
ar	0,24
carbono	0,12
chumbo	0,031
cobre	0,094
ferro	0,11
gelo	0,5
hélio	1,25
hidrogênio	3,4
latão	0,092
madeira	0,42
mercúrio	0,033
nitrogênio	0,25
ouro	0,032
oxigênio	0,22
prata	0,056
rochas	0,21
vidro	0,16
zinco	0,093

A capacidade térmica de um corpo.

Capacidade térmica

Capacidade térmica ou capacidade calorífica é a grandeza física que determina o calor que é necessário fornecer a um corpo para produzir neste determinada temperatura / variação térmica. A unidade usada no SI é J/K (Joule por Kelvin).
A capacidade térmica caracteriza o corpo, e não a substância que o constitui. Dois corpos de massas e de substâncias diferentes podem possuir a mesma capacidade térmica. Dois corpos de massas diferentes e de mesma substância possuem capacidades térmicas diferentes.
A grandeza que caracteriza uma substância é o calor específico.
A capacidade calorífica está também relacionada com as interacções intermoleculares, a estabilidade de uma fase, a condutividade térmica e a capacidade de armazenar energia.

Calor

 

O calor é a nomenclatura atribuída à energia sendo transferida de um sistema a outro exclusivamente em virtude da diferença de temperaturas entre eles. Não é correto se afirmar que um corpo possui mais calor que outro, e tão pouco é correto afirmar que um corpo possui calor; os corpos (ou sistemas) possuem energia interna e o conceito de energia interna não deve jamais ser confundido com o conceito de calor.
O calor é uma das duas formas disponíveis para se transferir energia de um sistema a outro e expressa a quantidade de energia transferida através da fronteira comum aos sistemas. Se dá portanto sem a variação dos volumes dos sistemas em interação se presente de forma exclusiva. O calor descreve a energia transferida entre sistemas que não se pode ser associada à execução de um trabalho mecânico, este último correspondendo à segunda entre as duas formas de transferência de energia citadas. O trabalho associa-se à energia transferida em virtude do movimento da fronteira dos sistemas - e não da energia transferida através destas - e portando ocorre sempre acompanhado de variações nos volumes dos sistemas em interação.
O calor é geralmente simbolizado pela letra Q na física e, por convenção, se um corpo recebe energia sob a forma de calor - o que leva a um aumento de sua energia interna U - o calor Q é positivo, e se um corpo cede energia sob a forma de calor - o que leva a uma redução de sua energia interna - o valor de Q é negativo.
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).

 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.

 

Correntes de convecção originadas por uma fonte de calor.

Os processos pelos quais ocorre transferência de calor (transferências de energia sob a forma de calor) são tradicionalmente divididos em:

• Condução

Condutor ou condução pode se referir a: Condução elétrica; Condutor elétrico, qualquer meio ou dispositivo em que se propaga a corrente elétrica; Condução térmica; Condutor, na sociedade, ou no código de estrada, é alguém que conduz algo, por exemplo o condutor de um veículo.

• Convecção

A convecção é soma de dois fenômenos físicos, a condução de calor (ou difusão de calor) e a advecção de um meio fluido (líquidos e gases).

• Radiação

A radiação é a única forma onde a transferência de calor pode ocorrer no vácuo, isto é, na abstenção de matéria.
Há muito tempo, muitos filósofos acreditavam que o calor seria um tipo de fluido invisível e muito leve, que era chamado por Lavoisier de calórico. O calórico supostamente se transferia entre os corpos de tal modo que um corpo aqueceria quando recebesse calórico e esfriaria quando perdesse.
Hoje acredita-se que um corpo aquece quando há um aumento do valor médio da energia associada à translação, rotação e/ou vibração de suas moléculas - ou seja, quando há um aumento de sua energia térmica - e que este se esfria quando há uma diminuição de sua energia térmica. O calor, sendo uma forma de transferência de energia, afeta diretamente a energia térmica e a energia interna dos corpos e provoca portanto elevações e diminuições de temperatura, mas neste processo o que se transfere é a energia, e não um fluido ligado à temperatura dos corpos, como suposto inicialmente considerada a cronologia histórica. O trabalho, sendo também uma forma de transferência de energia, é geralmente responsável, por motivos análogos ao exposto para o calor, por uma diminuição e/ou um aumento na(s) temperatura(s) do(s) sistema(s) envolvidos, conforme a Primeira Lei da Termodinâmica.

 Introdução

O conceito de calor é utilizado pela população, em senso comum, de forma nem sempre muito cientìfica, geralmente apegado à ideia do calórico. Assim, costuma-se ouvir casos como: "que calor", "que frio e outros. Assim, 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 diminuir o calor e se agasalham quando a temperatura ambiente cai a fim de "conservarem o calor" de seus corpos de forma que o organismo não fique exposto às alterações térmicas que prejudicariam sua estabilidade. Entretanto,vemos que alguns acabam acertando: o ar refrigerado dá uma agradável sensação de bem-estar porque é controlado para manter o calor em nível agradavel, sejam quais forem as alterações climáticas que possam ocorrer.Calor é os neutrinos que são lançados do sol, e esquentam

É correto afirmar que nossos corpos são sensíveis ao calor, e a sensação de quente e frio que temos fisicamente encontra-se associada ao calor e não à temperatura dos corpos ou ambiente em questão. Quando há calor em demazia saindo dos nossos corpos, temos a sensação e reações orgânicas associadas ao "frio", e quando há pouco calor liberado pelo corpo ao ambiente, temos a sensação de "quente" (ou, de forma controversa, "de calor", em senso comum). Sendo sua mão sensível ao calor e não à temperatura, jamais a use como termômetro para inferir a temperatura de uma pessoa, portanto.
Além de ligar-se ao nosso bem-estar, o calor também é muito importante em nossa vida em diversos fenômenos que vão além da sensação que nos causa. Com o calor se cozinha os alimentos, se aquece a água, seca-se a roupa, etc. Na indústria, o calor é utilizado para levar os minérios dos metais ao ponto de fusão e na transformação destes em variados utensílios - de arados a armas de guerra - para preparar a cerâmica, para produzir papel, tecidos, vidro. O calor produzido na queima de combustível em motores é a fonte primária de energia a ser utilizada para movimentar-se as máquinas térmicas, a saber automóveis, navios, aviões e foguetes. Nas usinas termoelétricas e nucleares, o calor aquece o fluido que faz girar as turbinas, que movimentam geradores, e produzem energia mecânica. O calor que o homem usa provém de diversas fontes. As principais são os produzidos a partir do Sol, de reações químicas e da 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 1398 Roberto Carlos Ferreira da Silva, 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 Juchg Heghref 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 1453, 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, acabando suprimida no paradigma moderno de calor.

 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).

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 14,5°C para 15,5°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 SIU para quantidade de calor é o J (Joulle), mas é comum usar cal (Caloria) ou Cal (Caloria lateral).

 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.

As trocas de calor

Calorimetria – Estudo das Trocas de Calor

Calor

Quando são colocados em contato dois ou mais corpos que se encontram em diferentes temperaturas, observa-se que, após um certo intervalo de tempo, todos atingem uma temperatura intermediária entre as temperaturas iniciais. Durante esse processo, ocorre uma transferência de energia térmica dos corpos de maior temperatura para os de menor temperatura. Essa energia térmica em trânsito denomina-se calor.

Unidades de Quantidade de Calor

Caloria (cal) é a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de 1g de água de 14,5°C a 15,5°C,sob pressão normal.

No SI, a unidade de quantidade de calor é o joule (J)

A relação entre a caloria e o joule é:

1cal = 4,186J

Calor sensível – É a quantidade de calor recebida ou cedida por um corpo ao sofrer uma variação de temperatura, sem que haja mudança de fase.

Calor latente – Se ao receber ou ceder calor o corpo sofrer apenas uma mudança de fase, sem haver variação de temperatura (permanece constante), o calor é chamado latente.

Calor Específico – É a quantidade de calor, característica de cada substância, necessária para que 1g de substância sofra variação de temperatura de 1°C.

O calor especifico do ferro é aproximadamente 0,11cal/g.°C, isto é, 1g de ferro necessita de 0,11cal para elevar sua temperatura de 1°C.

O calor específico de uma substância varia com a temperatura, aumentado quando esta aumenta. Entretanto, consideraremos, para simplificar, que o calor especifico não varia com a temperatura.

Capacidade térmica – É o quociente entre a quantidade Q de calor recebida ou cedida por um corpo e a correspondente variação de temperatura


Como a capacidade térmica da água é muito grande, as águas dos mares e dos rios funcionam como reguladoras de temperaturas em locais próximos a eles. A explicação é a seguinte: durante o dia, a água absorve grande quantidade de calor sem se aquecer muito e, durante a noite, libera muito calor sem se esfriar muito.

Com a areia da praia ocorre o oposto: a capacidade térmica da areia é pequena e faz que, durante o dia, ela se aqueça rapidamente e, durante a noite, esfrie-se facilmente.

Princípio das trocas de calor

 

Em física, o Princípio das Trocas de Calor diz que o somatório da quantidade de calor em um sistema deve ser nulo.

Fórmulas

O somatório pode ser representado matemáticamente, onde é a quantidade de calor de cada corpo, por:

Também, de forma mais direta, pode ser representado, sendo a massa de cada corpo, a temperatura do equilíbrio térmico, a temperatura inicial de cada corpo e o calor específico da substância de cada corpo, por: