Estudo das transferências de energia térmica
Calorimetria é a parte da termologia que estuda as trocas de energia térmica entre os corpos. Conhecida como calor, essa troca ocorre devido a diferença de temperatura entre os corpos.
A calorimetria define a temperatura de equilíbrio dos corpos e a quantidade de energia térmica adequada para que os eles sofram mudanças na temperatura e no estado físico.
Em calorimetria, a temperatura corresponde a uma grandeza que está associada à agitação das moléculas dos corpos, já o calor é a troca de energia entre os corpos. Para entender a calorimetria se faz necessário entender esses dois conceitos, pois eles são a base para esse campo de estudo.
Temperatura
Trata-se de uma grandeza física que está associada à agitação das moléculas. Quanto maior a agitação das moléculas, mais quente será o corpo e, consequentemente, será maior sua energia cinética.
No Sistema Internacional de Unidades (SI), a temperatura pode ser medida no SI em Kelvin (K), Fahrenheit (ºF) e Celsius (ºC).
O cálculo da temperatura corporal apresenta as seguintes escalas de equivalência:
Tc/5 = Tf – 32/9
Tk = Tc + 273
Onde:
Tc = temperatura Celsius
Tf = temperatura Fahrenheit
Tk = temperatura Kelvin
Transferência de calor por meio de convecção: a fumaça da chaminé sobe, pois seus gases estão mais quentes do que o ar.
(Foto: Pixabay)
Calor
Trata-se da troca de energia térmica entre corpos de diferentes temperaturas. A transferência de energia ocorre através do contato térmico em que um corpo mais quente transfere energia para o corpo mais frio. Essa troca térmica permanece até os corpos estejam com temperaturas equivalentes, atingindo assim o equilíbrio térmico.
No SI, o calor é medido em joule (J), no entanto, a unidade mais utilizada no dia a dia é a caloria (cal). A relação entre a caloria e o joule é dada por:
1 cal = 4,186J
Existem três tipos de calor presentes na troca térmica:
Calor latente – esse é o tipo de calor que um corpo deve ceder ou receber para mudar seu estado físico. Quando uma substância perde calor, o calor latente assume valores negativos, quando a substância está recebendo calor, assume valores positivos.
Em uma mudança de fase, a temperatura do corpo não sofre variação, apenas há mudanças em relação ao estado de agregação da substância. O calor latente é medido em J/Kg no sistema Internacional de Unidades. A sua fórmula matemática é descrita da seguinte forma:
Fórmula de calor latente.
Onde:
Q = quantidade de calor
m = massa
l = calor latente
Calor sensível – esse tipo de calor causa apenas a mudança da temperatura do corpo. Desse modo, o aumento da temperatura do corpo é diretamente proporcional à quantidade de calor sensível que um corpo recebe.
Medido em J/K no Sistema Internacional (SI), o calor sensível é expresso pela seguinte fórmula:
Fórmula de calor sensível
Onde:
Q = quantidade de calor
m = massa
c = calor específico
= variação de temperaturaCalor específico – esse tipo de calor define a variação térmica da substância a partir do momento em que ela recebe determinada quantidade de calor. Ou seja, o calor específico é a quantidade de calor existente em um corpo em relação a variação de sua temperatura.
O calor específico é constante para cada material em cada estado físico. Assim, o calor específico caracteriza uma substância em um determinado estado físico.
O calor específico é medido em J/Kg.K (Joule/Quilograma.Kelvin), no SI. Ele pode ser representado pela seguinte fórmula:
Fórmula de calor específico
Onde:
Q = quantidade de calor
m = massa
= variação de temperaturaCapacidade Térmica
Trata-se da quantidade de calor existente em um corpo em relação à variação de temperatura sofrida por ele. Diferente do calor específico, que depende apenas da substância, a capacidade térmica depende também da massa do corpo.
No SI, a capacidade térmica é medida em J/K (Joule/Kelvin). Ela pode ser expressa da seguinte forma:
Fórmula da capacidade térmica.
Onde:
C = capacidade térmica
Q = quantidade de calor
= variação de temperatura m = massa
c = calor específico.
Calorimetria: formas de propagação de calor
As trocas de calor ocorrem através de três formas diferentes. São elas:
Condução - Na condução térmica, a propagação do calor ocorre através da agitação térmica das moléculas, ou seja, à medida que a temperatura do corpo aumenta, consequentemente, a energia cinética também aumenta. Para haver a condução de calor, é necessário que haja um meio material, portanto, a condução térmica é mais efetiva com os corpos sólidos do que com os fluidos.
Convecção – Essa propagação de calor acontece, principalmente, com os fluidos líquidos e gasosos. A convecção ocorre através da transferência de calor da substância aquecida, em função da diferença da densidade. À media em que a densidade da substância é diminuída pelo aquecimento, é criada uma corrente de convecção.
Irradiação – A irradiação por meio de transferência de ondas eletromagnéticas. Não é necessário um meio material para que haja a troca de ondas eletromagnéticas. Ou seja, a propagação de calor por meio da irradiação, não depende do contato entre os corpos.