Calorimetria

Só Física
A calorimetria é a ciência que estuda o calor. Calor é uma forma de energia em trânsito, ou seja, é a energia transferida de um corpo com maior temperatura para um corpo de menor temperatura.

Em um sistema isolado, o calor é transferido do corpo de maior temperatura para o corpo de menor temperatura até que o equilíbrio térmico seja atingido.

Trocas de calor

A definição de calor é usada apenas para indicar a energia que está sendo transferida, e não a energia que o corpo possui.
A unidade de medida da quantidade de calor Q no Sistema Internacional (SI) é o joule (J):

Calor
Quando dois corpos, em temperaturas diferentes, são postos em contato, observa-se que a temperatura do corpo mais quente diminui, enquanto que a temperatura do corpo mais frio aumenta. Essas variações de temperatura cessam quando as temperaturas de ambos se igualam (equilíbrio térmico).
Portanto, durante esse processo, o nível energético (grau de agitação molecular) do corpo mais quente diminui, enquanto que o do corpo mais frio aumenta. Como a energia térmica de um corpo depende, além da sua massa e da substância que a constitui, da sua temperatura, conclui-se que as variações de temperatura estão associadas às variações de energia térmica.
Concluindo, a diferença de temperatura entre dois corpos provoca uma transferência espontânea de energia térmica do corpo de maior temperatura para o corpo de menor temperatura. Essa quantidade de energia térmica que se transferiu é chamada de calor.

Dilatação linear

DL = o quanto o corpo aumentou seu comprimento
Lo = comprimento inicial do corpo
a = coeficiente de dilatação linear (depende do material)
DT = variação da temperatura ( Tf - Ti )
Vale destacar que o coeficiente de dilatação linear ( a ) é um número tabelado e depende de cada material. Com ele podemos comparar qual substância dilata ou contrai mais do que outra. Quanto maior for o coeficiente de dilatação linear da substância mais facilidade ela terá para aumentar seu tamanho, quando esquentada, ou diminuir seu tamanho, quando esfriada.
Outra coisa interessante de notar é que, se soubermos o valor do coeficiente de dilatação linear ( a ) de uma determinada substância, poderemos também saber o valor do coeficiente de dilatação superficial ( b ) e o coeficiente de dilatação volumétrica ( g ) da mesma. Eles se relacionam da seguinte maneira:
b = 2a e g = 3a

Dilatação superficial

DA = o quanto o corpo aumentou sua área
Ao = área inicial do corpo
b = coeficiente de dilatação superficial (depende do material)
DT = variação da temperatura ( Tf - Ti )

Dilatação volumétrica

DV = o quanto o corpo aumentou seu volume
Vo = volume inicial do corpo
g = coeficiente de dilatação volumétrica (depende do material)
DT = variação da temperatura ( Tf - Ti )
Obs:
DL , DA ou DV positivos significa que a substância aumentou suas dimensões.
DL , DA ou DV negativos significa que a substância diminuiu suas dimensões.

Tabelas com os coeficientes de dilatação linear ( a ) e volumétrica ( g ) de algumas substâncias
substância
Coeficiente de dilatação linear (a) em ºC-1
aço 1,1 x 10-5
alumínio 2,4 x 10-5
chumbo 2,9 x 10-5
cobre 1,7 x 10-5
ferro 1,2 x 10-5
latão 2,0 x 10-5
ouro 1,4 x 10-5
prata 1,9 x 10-5
vidro comum 0,9 x 10-5
vidro pirex 0,3 x 10-5
zinco 6,4 x 10-5

substância
Coeficiente de dilatação volumétrica (g) em ºC-1
álcool 100 x 10-5
gases 3,66 x 10-3
gasolina 11 x 10-4
mercúrio 18,2 x 10-5

Calor sensível

Quando há variação de temperatura sem que haja variação do estado físico da matéria, dizemos que o calor é sensível.
Podemos calcular o calor sensível pela equação:

Onde:

Q = quantidade de calor
m = massa do corpo
c = calor específico *
∆T = variação da temperatura

* Calor específico é a quantidade de calor necessária para a variação unitária da temperatura na unidade de massa.
O Calor específico é uma grandeza que depende da composição de cada substância.

Substância Calor específico (Cal/gºC)
Chumbo 0,031
Prata 0,056
Ferro 0,11
Água 1,0


Capacidade Térmica

É a quantidade de calor que produz no corpo uma variação unitária de temperatura.
Matematicamente podemos escrever a capacidade térmica pela equação:
Onde:
C = Capacidade Térmica
Q = Quantidade de Calor cedida ou recebida pelo corpo
∆T = Variação da Temperatura
No SI, a unidade de medida da capacidade térmica é J/K (joule por Kelvin).

Caloria

Tabela de caloria

Exercícios

Exercícios