O que é calor?

Você sabe o que é calor? O calor é uma grandeza física escalar que pode ser definida como a energia deslocada entre o corpo de maior temperatura em direção ao corpo de menor temperatura, até que eles atinjam a mesma temperatura, o equilíbrio térmico. Seu estudo possibilitou que compreendêssemos as transformações termodinâmicas, as transformações físicas, as transformações químicas, o funcionamento das máquinas térmicas e muito mais.

Leia também: Calorímetro — um dispositivo de medição de calor frequentemente usado em laboratórios

Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre o calor
• 2 - Quais são os tipos de calor?
• 3 - Processos de propagação de calor
• 4 - Fontes de calor
• 5 - Fórmulas do calor
  • → Calor sensível
  • → Calor latente
  • → Calor e potência térmica
• 6 - Como calcular o calor?
• 7 - Qual a unidade de medida do calor?
• 8 - Calor e temperatura
• 9 - Exercícios resolvidos sobre o calor

Resumo sobre o calor

• O calor é o fluxo de energia que flui do corpo mais quente em direção ao corpo mais frio.

• Os tipos de calor são o calor sensível e o calor latente.

• Os processos de propagação de calor são a condução, a convecção e a irradiação.

• As fontes de calor podem ser naturais ou artificiais.

• Podemos calcular a quantidade de calor através das fórmulas do calor sensível e do calor latente.

• As unidades de medida do calor são Joule e calorias.

• Enquanto o calor é o fluxo de energia entre corpos com diferentes temperaturas, a temperatura indica o grau de agitação dos atómos ou das moléculas naquele instante.

Quais são os tipos de calor?

Existem dois tipos de calor, o calor sensível e o calor latente. A seguir, entenda cada um deles:

• Calor sensível: ocorre quando temos apenas a variação na temperatura do corpo, aumentando-a ou diminuindo-a.

• Calor latente: ocorre quando temos apenas a mudança de fase do corpo, passando de sólido para líquido, de líquido para gasoso, de sólido para gasoso ou vice-versa.

Processos de propagação de calor

Existem três processos de propagação de calor, a condução, convecção e a irradiação. A seguir, entenda cada um deles:

• Condução: ocorre quando o calor é propagado por meio do contato físico entre sólidos que possuem diferentes temperaturas.

• Convecção: ocorre quando o calor é propagado nos líquidos e nos gases por meio de correntes convectivas, subindo a parte quente e descendo a parte fria.

• Irradiação: ocorre quando o calor é propagado por meio de ondas eletromagnéticas.

Para saber mais sobre os processos de propagação de calor, clique aqui.

Fontes de calor

As fontes de calor podem ser naturais ou artificiais:

• Fontes de calor naturais: são aquelas que encontramos naturalmente na natureza, como o calor emanado do sol, os vulcões, o centro da Terra, os raios, as águas termais, o corpo humano, entre outros.

• Fontes de calor artificiais: são aquelas que não encontramos naturalmente na natureza, já que emanam da tecnologia desenvolvida pelos humanos, como o calor emanado da chama dos fogões, das chapinhas, dos ferros elétricos, dos secadores, das lâmpadas, da chama das velas, dos chuveiros elétricos, dentre outros.

Fórmulas do calor

→ Calor sensível

\(Q = m \cdot c \cdot \Delta T\)

• \(Q \) → quantidade de calor, medido em Joule \([ J ]\) ou em calorias \([ cal ]\).

• \(m\) → massa, medida em quilograma \([ kg ]\) ou em gramas \([ g ]\) .

• \(c\) → calor específico, medido em \([ J /( kg \cdot K )]\)ou em \([cal/g \cdot °C]\).

• \(\Delta T\) → variação de temperatura, medida em Kelvin \([ K ]\)ou em Celsius \([°C]\).

→ Calor latente

\(Q = m \cdot L\)

• \(Q \) → quantidade de calor, medido em Joule \([ J ]\) ou em calorias \([ cal ]\).

• \(m\) → massa, medida em quilograma \([ kg ]\) ou em gramas \([ g ]\).

• \(L\) → calor latente, medido em medido em \([ J / kg ]\) ou em \([ cal / g ]\).

→ Calor e potência térmica

\(Q = \text{Pot}_{\text{t}} \cdot \Delta t \)

• \(Q \) → quantidade de calor, medido em Joule \([ J ]\) ou em calorias \([ cal ]\).

• \({Pot_t}\) → potência térmica, medida em Watt [\(W\)] ou em calorias por segundo \([ cal/s ]\).

• \(\Delta t \) → variação de tempo, medido em segundos \([s]\).

Como calcular o calor?

A quantidade de calor é calculada de acordo com as informações fornecidas pelo enunciado, a partir do qual podemos usar a fórmula do calor sensível, do calor latente ou da potência térmica.

• Exemplo 1:

Uma jarra com 500g de água é aquecida, aumentando sua temperatura de 25°C a 100°C. Considerando que o calor específico da água é de \(1 cal/g \cdot °C\), determine a quantidade de calor recebido pela jarra.

Resolução:

Nesse caso, ocorre apenas variação da temperatura da água e da jarra, então, calcularemos a quantidade de calor através da fórmula do calor sensível:

\(Q = m \cdot c \cdot \Delta T \)

\(Q = m \cdot c \cdot (T_{\text{f}} - T_{\text{i}}) \)

\(Q =500\cdot1\cdot(100-25)\)

\(Q =500\cdot1\cdot(75)\)

\(Q =37500 cal\)

• Exemplo 2:

Determine a quantidade de calor recebido por 100 g de cubos de gelo, sem que houvesse variação de sua temperatura, considerando que o calor latente do gelo é 80cal/g?

Resolução:

Nesse caso, ocorre apenas a mudança de estado físico, então, calcularemos a quantidade de calor através da fórmula do calor latente:

\(Q = m \cdot L\)

\(Q = 100 \cdot 80\)

\(Q = 8000 cal\)

• Exemplo 3:

Calcule a quantidade de calor recebida por uma fonte térmica de potência constante igual a 30 cal/s que é aquecida durante 120 s.

Resolução:

Calcularemos a quantidade de calor recebida através da fórmula que a relaciona à potência térmica:

\(Q = \text{Pot}_{\text{t}} \cdot \Delta t \)

\(Q=30\cdot120\)

\(Q=3600 cal\)

Qual a unidade de medida do calor?

A unidade de medida do calor, pelo Sistema Internacional de Unidades (SI), é o Joule, representado por J, mas ele também pode ser medido em calorias, representado por cal.

Para converter a unidade de medida de Joule para calorias, é necessário dividir a quantidade de calor em Joule por 4,184. Exemplo:

\(\frac{1 \, \text{J}}{4,184} \simeq 0,24 \, \text{cal} \)

Para converter a unidade de medida de calorias para Joule, é necessário realizar o produto da quantidade de calor em calorias por 4,184. Exemplo:

\(1cal \cdot4,184 = 4,184 J\)

Calor e temperatura

O calor e a temperatura são grandezas físicas intrinsecamente relacionadas que apresentam algumas diferenças:

• Calor: grandeza física, medida em Joule ou em calorias por meio do calorímetro, que é o fluxo de energia entre corpos com diferentes temperaturas.

• Temperatura: grandeza física, medida em Kelvin, em Celsius e em Fahrenheit por meio dos termômetros, que indica o grau de agitação que os átomos ou as moléculas dos corpos possuem naquele instante.

Para saber mais sobre a diferença entre o calor e a temperatura, clique aqui.

Exercícios resolvidos sobre o calor

Questão 1

(Uerj - Adaptada) Em um laboratório, um corpo com massa de 30g inicialmente em sua temperatura de fusão, é aquecido durante 140 s por uma fonte térmica de potência constante igual a 15 cal/s. Com o aquecimento, o corpo passa completamente do estado sólido para o estado líquido, mantendo sua temperatura constante.

Admitindo que toda a energia liberada pela fonte térmica seja integralmente absorvida pelo corpo, calcule, em cal/g o seu calor latente de fusão.

A) 60cal/g

B) 70cal/g

C) 80cal/g

D) 90cal/g

E) 100cal/g

Resolução:

Alternativa B.

Nesse caso, ocorre apenas a mudança de estado físico, então, calcularemos o calor latente de fusão através da fórmula do calor latente:

\(Q = m \cdot L\)

Subtituiremos, no lugar da quantidade de calor, a fórmula que o relaciona à potência térmica:

\(\text{Pot}_{\text{t}} \cdot \Delta t = m \cdot L \)

\(15\cdot140=30\cdot L\)

\(L = \frac{15 \cdot 140}{30} \)

\(L = 70 \, \text{cal/g} \)

Questão 2

(Unesp) Massas iguais de cinco líquidos distintos, cujos calores específicos estão dados na tabela adiante, encontram-se armazenadas, separadamente e à mesma temperatura, dentro de cinco recipientes com boa isolação e capacidade térmica desprezível.

Se cada líquido receber a mesma quantidade de calor, suficiente apenas para aquecê-lo, mas sem alcançar seu ponto de ebulição, aquele que apresentará temperatura mais alta, após o aquecimento, será:

A) a água.

B) o petróleo.

C) a glicerina.

D) o leite.

E) o mercúrio.

Resolução:

Alternativa E.

Aquele que apresentará a temperatura mais alta, após o aquecimento, será o mercúrio, já que ele tem o menor calor específico, que é uma grandeza física inversamente proporcional à temperatura.

Fontes

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos da Física: Gravitação, Ondas e Termodinâmica (vol. 2). 10. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2016.

NUSSENZVEIG, Herch Moysés. Curso de física básica: Fluidos, Oscilações e Ondas, Calor (vol. 2). Editora Blucher, 2015.