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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:
Há muito tempo, muitos filósofos acreditavam que o calor seria um tipo de força fluido invisível e muito leve, que era chamado por Lavoisier de calórico. Segundo essa teoria, um corpo aqueceria quando recebesse calórico e esfriaria quando perdesse.
O que realmente acontece é que um corpo aquece quando aumenta o valor médio da energia associada à vibração de suas moléculas, e esfria quando diminui o valor médio dessa energia.
Introdução
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 evitar o excesso de calor, e se agasalham quando a temperatura cai. Assim, o organismo não fica exposto às alterações térmicas que prejudicam sua estabilidade. O ar refrigerado dá uma agradável sensação de bem-estar porque é controlado para manter o ambiente em temperatura constante, sejam quais forem as alterações climáticas que possam ocorrer.
Nas regiões tropicais, o calor do verão é amenizado também pelo uso de ventiladores, circuladores de ar e outros recursos. Nos lugares mais frios, além da tradicional lareira, as casas costumam ser dotadas de sistemas de aquecimento central.
Por outro lado, o calor é muito mais importante em nossa vida do que a simples sensação que nos causa. O calor cozinha os alimentos, aquece a água, seca a roupa etc. Na indústria, o calor é utilizado para separar os minérios dos metais e na transformação destes em variados utensílios - do arado às armas de guerra -, para preparar a cerâmica, para produzir papel, tecidos, vidro. O calor produzido na queima de combustível em motores movimenta automóveis, navios, aviões e foguetes. Nas usinas termoelétricas e nucleares, o calor faz girar as turbinas que movimentam geradores e produzem energia. O calor que o homem usa provém de diversas fontes. As principais são: o Sol, a terra, as reações químicas, o atrito e a 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.
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).
Capacidade térmica (C)
-
A capacidade térmica (C) é uma característica do corpo. Se tivermos m gramas de uma substancia pura de calor específico c, a Quantidade de calor ΔQ necessaria para feder.
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.
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Ligações externas
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