Transferência de Calor
Produzido por Leonardo de BemTeoria
O que é calor?
Quando dois ou mais corpos de temperaturas distintas são colocados em contato entre si, calor é transferido do corpo com maior temperatura para aquele com menor temperatura.
Só há calor se houver diferença de temperatura e ele continuará até que as temperaturas se igualem, ou seja, até que atinjam o equilíbrio térmico.
Tipos de calor
Duas coisas podem acontecer quando um objeto absorve calor: ou ele aumenta de temperatura (calor sensível), ou ele muda de estado físico (calor latente).
Calor sensível é o calor que faz a temperatura de um objeto variar sem alterar seu estado físico. Um exemplo seria aquecer uma água de a .
Calor latente é o calor que faz com que o estado físico do objeto se altere, mas sem que a temperatura varie. Um exemplo é o calor necessário para derreter um cubo de gelo. Do início ao final desse processo, a água vai estar a , pois essa é sua temperatura de fusão.
A unidade no da quantidade de calor é o joules , mas existe uma outra unidade muito comum para calor que é a caloria :
Mas como podemos calcular essas transferências de calor? É o que vamos descobrir agora!
Como calcular calor sensível?
O calor sensível cedido ou absorvido por um corpo é dado por:
onde:
é a quantidade de calor cedida ou recebida, em joules ou calorias;
é a massa do corpo;
é o calor específico do corpo (propriedade do material). Geralmente a sua unidade é , ou .
é a diferença entre as temperaturas final e inicial.
Obs: A unidade de temperatura no SI é Kelvin, mas na nossa equação o que entra é a variação de temperatura. O que acontece é que a variação de temperatura em Celsius é igualzinha à variação de temperatura em Kelvin!!! Assim se o exercício te dá temperaturas inicial e final em Celsius, você não precisa converter pra Kelvin se for fazer a variação! Ufa! Menos um trabalho! ^^
Pelo sinal de , podemos saber se esse calor está sendo cedido ou absorvido.
Se , então é positivo e o corpo está recebendo calor, pois sua temperatura aumenta.
Se , então é negativo e o corpo está perdendo calor, pois sua temperatura diminui.
Calor latente
O calor latente é dado pela fórmula:
onde:
é a quantidade de calor cedida ou recebida;
é a massa do corpo;
é o calor latente da mudança de estado físico.
Não tem muito mistério, é só isso mesmo.
Mas como que eu sei se o calor está sendo cedido ou recebido?
É só lembrar, por exemplo, que o gelo precisa de calor para virar água e a água, por sua vez, também precisa receber calor para virar vapor.
De maneira contrária, o vapor precisa ceder calor para virar água e a água precisa ceder calor também para virar gelo.
Capacidade térmica
Capacidade térmica é definida como o produto entre a massa de um material e o calor específico desse material:
Ou seja:
Há a possibilidade de o problema trabalhar com o termo calor específico molar, que é o calor específico que já conhecemos por unidade de massa molar. Assim a fórmula que usaremos será:
Onde é o número de mols e é o calor específico molar.
Obs: o mol é uma unidade que representa e pode ser calculado da seguinte forma:
Onde é a massa da substância e é a massa molar dessa substância.
Troca de calor com sistemas
Algumas questões podem chegar e falar que o corpo está trocando calor com um sistema ou com a vizinhança.
What? Sistema? Vizinhança?
Pois bem...
- Sistema: é aquilo que queremos analisar. Exemplo: copo com água e gelo.
- Vizinhança: é o que atua no sistema e o modifica. Exemplo: o mesmo copo com água e gelo é colocado sobre uma chama. A chama atua no sistema e o modifica.
- Reservatório térmico: um corpo de grande dimensões que não sofre mudanças de temperatura relevantes, mas funciona como um doador ou receptor de calor. Exemplo: um lago. Se você jogar água fervente no lago, o lago, como um todo, não altera sua temperatura média, mas ele recebe o calor da água fervente, fazendo com que ela diminua de temperatura.
Termômetros
O mecanismo de funcionamento dos termômetros é totalmente baseado no equilíbrio térmico, o termômetro é posto em contato com um objeto e ao entrar em equilíbrio térmico com o objeto, podemos garantir que ambos têm a mesma temperatura.
Lei zero da Termodinâmica
A Lei Zero enuncia o seguinte:
Suponha que dois corpos e estão em equilíbrio térmico (beleza, então eles tem a mesma temperatura).
E suponha também que os corpos e estão em equilíbrio térmico (tá, mesma coisa).
Então a Lei Zero diz que os corpos e necessariamente também estão em equilíbrio térmico.
Faz sentido, pois, se e , então .
Conservação de energia
Sabemos que calor é uma forma de energia e que a energia pode se conservar.
Então, em um sistema isolado, tudo o que um corpo perde, o outro ganha, de modo que a soma de calores cedidos e absorvidos seja zero:
Na prática, soma tudo e iguala a zero.
Nesse caso, nos s do calor sensível, temos que levar em conta o sinal. para quem esfria e para quem esquenta.
Em sistemas não isolados, ou seja, quando há um acréscimo ou perda de calor no sistema, a equação fica assim:
onde é o calor fornecido ao sistema ou retirado dele.
Mil e uma coisas pra aprender... Vamos fixar nos exercícios?