Calor

Dois corpos, A e B, de massas iguais e que o corpo A é mais quente que o corpo B. são colocados em contato num sistema isolado, depois de certo tempo ambos passar a ter a mesma temperatura. O corpo A diminui sua temperatura e o B aumenta sua temperatura. Como o sistema é isolado só podemos supor que o corpo A transferiu parte de sua energia térmica ao corpo B. Essa energia é chamada de Calor.

Calor é a energia que se transfere de um corpo a outro, por conta apenas da diferença de temperatura entre eles.

Unidade de calor

Calor é energia. Portanto, no SI, a unidade de calor o joule. No entanto a unidade prática e mais familiar de calor é —  caloria.

A relação entre Joule e calorias de:

Capacidade térmica

Podemos notar que, dois corpos de mesmo material e com massas diferentes, quando recebem a mesma quantidade de calor, a variação de temperatura por eles sofrida é diferente uma da outra.

A relação entre a quantidade de calor Q, recebida ou cedida por um corpo que corresponde a variação de sua temperatura Δθ sofrida por ele, dá origem ao conceito de capacidade térmica (C). Por definição, temos:

A capacidade térmica é constante para determinado corpo. Existem recipientes projetados especialmente para a realização de ensaios experimentais que envolvem troca de calor — Os calorímetros. Para esses recipientes, a capacidade térmica costuma ser previamente determinada.

Exemplo) Dois corpos de mesmo material e massas diferentes, m₁ = 10 g e m₂ = 1000 g, recebem, respectivamente, 3 cal e 3000 cal de calor de uma fonte térmica e sofrem a mesma variação de temperatura de Δθ₁ = 10 °C e Δθ₂ = 10°C. Calcule suas capacidades térmicas.

Corpo 1:

Corpo 2:

Verificamos no exemplo que a capacidade térmica depende da massa do corpo e intuitivo concluir que, o corpo de menor massa necessita de menos calor para se aquecer do o corpo de maior massa, que corpos constituídos de diferentes materiais também se aquecem de formas diferentes.

Calor específico

O calor específico é uma propriedade da matéria e só depende do material de que é constituído o corpo. O calor específico é definido, como:

Em que [c] (minúscula) é o calor específico do material, [C] (maiúscula) é a capacidade térmica em cal/°C e [m] a massa em gramas. A unidade de calor específico é, portanto, cal/g°C .

O calor específico representa a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1 grama em 1 °C. Veja a tabela abaixo.

Veja na tabela que a água tem calor específico de 1 cal/g°C, é o maior entre as substâncias da tabela. Significa que 1 grama de água precisa de 1 calorias para elevar a temperatura 1 °C. Esse valor é bem significativo, em locais com mais plantas, árvores e lagos possuem a temperatura mais amena em comparação aos centros urbanos em grande parte em virtude do calor específico da água .

Quantidade de calor sensível

O conceito de calor específico permite obter expressões mais abrangentes para a quantidade de calor, pois não nos restringimos mais a corpos determinados, mas a materiais. Assim, substituindo a relação C = Q/Δθ em c = C/m, obtemos as expressões:

Em que, a quantidade de calor é em calorias [cal], a massa em gramas [g], o calor específico é em [cal/g°C] e a variação de temperatura em [°C]. Essa expressão permite determinar a quantidade de calor absorvida ou cedida por corpo ao sofrer variação de temperatura.

 Exemplos

1. Um calorímetro sofre uma variação de temperatura de 20 °C quando absorve uma quantidade de calor de 1 000 cal.
a) Qual a capacidade térmica desse calorímetro?
b) Qual a quantidade de calor necessária para elevar em 50 °C a temperatura desse calorímetro?

RESOLUÇÃO
a) Sendo Q = 1 000 cal e Δθ = 20 °C, basta aplicar a expressão Δθ:
C = 1 000/20 ⇒ C = 50 cal/°C
b) Sendo C = 50 cal/ °C  e Δθ = 50 °C, da expressão C = Q/Δθ ⇒ Q = C.Δθ, obtemos:
Q = 50.50 ⇒ Q = 2 500 cal

2. Uma panela de ferro é posta para se aquece no forno. Determine a quantidade de calor fornecido pelo forno para que a panela de ferro de 1,0 kg sofra a variação de temperatura de 50 °C, admitindo que ela absorva todo o calor emitido pelo forno:
a) vazia;
b) contendo 1,0 kg de água.
(Dados: calor específico da água c_água = 1 cal/g°C e calor específico do ferro c_Fe = 0,11 cal/g°C.)

RESOLUÇÃO
a) Sendo m = 1 kg = 1 000 g, c_Fe = 0,11 cal/g°C e Δθ = 50 °C e, a expressão Q = m.c.Δθ, temos:
Q_Fe = 1 000.0,11.50 ⇒ Q_Fe = 5 500 cal
b) Nesse caso o forno deve aquecer a panela de ferro e a água. Ou seja, fornece a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura do ferro e da água.
Sendo:
Q_Fe = 1 000.0,11.50 ⇒ Q_Fe = 5 500 cal
Q_água = 500.1,0.50 ⇒ Q_água = 25 000 al
Portanto:
Q = Q_Fe + Q_água ⇒ Q = 5 500 + 25 000 ⇒ Q = 30 500 cal

Observação: A água, embora tenha a metade massa do ferro, torna o tempo de aquecimento
quase cinco vezes maior. Isso ocorre porque o calor específico da água é quase dez vezes
maior que o do ferro.