Calorimetria

Calor

Até final do século XVIII, a comunidade científica considerava o calor uma substância fluida, invisível e sem massa, presente no interior dos corpos. Para designar essa substância, utilizava-se a expressão calórico, proposta por Lavoisier. O cientista classificava o calórico como um  dos elementos fundamentais da natureza. Quanto mais quente fosse um corpo, maior era sua quantidade de calórico, de modo que, os corpos quentes transferiam parte de seu calórico para os corpos mais frios. Por volta de 1798 Benjamin Thompson, engenheiro anglo-americano quando trabalhava numa fábrica de armas observou que as brocas de aço esquentavam muito durante a perfuração dos tubos de canhões. Para que a broca não derretesse era preciso resfriá-las constantemente com água. De acordo com a teoria do calórico, acreditava-se que o calor era proveniente do material retirado pela broca. Thompson propôs, então, que os empregados tentassem perfurar os canhões com brocas que perderam a capacidade de perfurar, ou seja, brocas cegas, mas o calor produzido foi ainda maior. 

Observando o aquecimento excessivo produzido pelas forças de atrito, Thompson começou a questionar que o modelo que explicava o calórico como substância necessitava ser repensado. Argumentou, então, que o que ocorria era uma transformação de trabalho mecânico em calor e que este seria a forma de energia responsável pelo aquecimento do sistema. 

Em 1847, o físico alemão Herman von Helmholtz definiu calor como uma forma de energia e que todas as formas de energia há o equivalente em calor.  Um ano depois, em 1848, o físico inglês James Joule conseguiu medir com precisão, em um experimento, a quantidade de calor produzida a partir de uma quantidade determinada de energia mecânica.  Joule utilizou um corpo de massa conhecida que ao cair de uma altura determinada, fazia girar um conjunto de pás imersas em uma quantidade de água também determinada. 

O trabalho realizado durante a descida do corpo e a variação de temperatura ocorrida na água podiam ser medidos, o que permitiu a Joule determinar a quantidade de calor equivalente a uma quantidade de energia mecânica. Ele deduziu que uma unidade de quantidade de calor (caloria) é igual a 4,186 unidades de energia mecânica (Joule). Com base no resultado obtido por Joule, a teoria do calórico foi rejeitada. 

Energia térmica

Quando observamos o mundo material em nossa volta, encontramos casas, prédios, plantas, automóveis, pessoas. Todos eles são formados por pequenas partículas, as moléculas. Essas partículas possuem energia de agitação. O somatório de toda essa energia associada à agitação das partículas de um corpo recebe o nome de energia térmica. A energia térmica, depende de dois fatores: da energia de agitação média de cada partícula (que determina a temperatura do corpo) e do número de partículas que o corpo possui. 

Exemplo: a barra de chocolate foi dividida em partes. Apesar de todas estarem à mesma temperatura, a parte maior possui mais energia térmica que a menor, por ser constituída de um número maior de partículas. 

CALOR

Ao colocarmos dois corpos de temperaturas diferentes em contato térmico, notamos que eles buscam uma situação em que suas temperaturas se tornam iguais. Quando isso ocorre, dizemos que os corpos atingiram o equilíbrio térmico. Para que isso aconteça, o corpo de maior temperatura fornece quantidade de energia térmica ao de menor temperatura. Isso provoca uma diminuição em sua temperatura e um aumento na temperatura do corpo inicialmente mais frio, até que se estabeleça o equilíbrio térmico. Essa energia térmica, quando e apenas enquanto está em trânsito, é denominada de CALOR.

CALOR É A ENERGIA TÉRMICA EM TRÂNSITO DE UM CORPO PARA OUTRO OU DE UMA PARTE PARA OUTRA DE UM MESMO CORPO, TRÂNSITO ESSE PROVOCADO PELA DIFERENÇA DE TEMPERATURAS. 

Unidade de medida no SI é Joule (J). Além do joule podemos usar a unidade caloria (cal) para avaliar quantidades de calor. Inicialmente a caloria é definida como a quantidade de calor necessária para fazer um grama de água sofre a variação de um grau Celsius. 

1 Cal = 4,186 J

1Kcal = 10³ cal

RESPONDA: 

1) Muitas vezes, estudantes que estão iniciando seu curso de física costumam dizer: " a temperatura de um corpo é uma medida do calor nele contido". Nessa afirmação existe dois erros graves análise e argumente quais são eles. 

2) Imagine dois corpos em contato, A e B, com temperatura TA e TB, sendo TA maior que TB. Quando colocamos esses corpos em contato térmico, podemos afirmar que ocorre?

3) No café da manhã, uma colher metálica é colocada no interior de uma caneca com café bem quente. A respeito desse acontecimento analise as seguintes afirmativas se são falsas ou verdadeiras e por quê?

I - Após atingirem o equilíbrio térmico, a colher e o café estão a uma mesma temperatura. 

II- Após o equilíbrio térmico, a colher e o passa a conter quantidades iguais de energia térmica.

III- Após o esfriamento térmico, cessa o fluxo de calor que existia no café para a colher.

4)  Em uma noite muito fria, você fica na sala assistindo à televisão. Após algum tempo, vai para a cama e deita embaixo das cobertas. Você nota que a cama esta fria apesar das cobertas, e só depois de algum tempo o local se torna aquecido. Isso ocorre por quê?

a) o cobertor  impede a entrada do frio que se encontra no meio externo.

b) o cobertor  possui alta condutividade térmica.

c) o cobertor possui calor entre suas fibras, que ao ser liberado, aquece a cama.

d) o cobertor não são aquecedores, mas sim, isolantes térmicos, que não deixam o calor liberado por seu corpo sair para o meio externo.

e) sendo o corpo humano um bom absorvedor de frio, após algum tempo não há mais frio debaixo das cobertas.