Calorimetria e variação de energia interna

Calorimetria é o estudo da medição de calor liberado ou absorvido em processos físicos, químicos ou biológicos. Utiliza-se a calorimetria para determinar capacidades térmicas, calor de reações como combustão de um combustível ou dissolução de sal em água, entre outros.

Assim, pode-se definir calorimetria como o ramo da física que estuda a transferência de calor entre dois ou mais corpos que possuem diferentes temperaturas.

O calor é a energia térmica em trânsito, que passa do corpo de maior temperatura para o corpo de menor temperatura. Essa troca de energia leva o sistema ao equilíbrio térmico. Neste ponto, não existirá mais troca alguma.

Ao receber ou ceder calor, o corpo apresenta algumas modificações que podem ser verificadas na temperatura, na mudança de estado físico e na dilatação térmica. O aumento da temperatura e a mudança de estado físico são verificados para as substâncias puras quando, ao ganhar energia, o corpo aumenta a energia potencial de ligação das moléculas, podendo causar, assim, degradação das moléculas e mudança de estado físico. Essa energia é conhecida como calor latente.

Havendo variação de temperatura, considera-se calor sensível

Q = C . Δϴ (como C = m . c)

Q = m . c . Δϴ

Onde:

Q = quantidade de calor [cal ou J];

C = capacidade térmica [cal/°C ou J/K];

c = calor específico sensível [cal/(g°C)];

Δϴ = variação de temperatura [°C ou K].

A capacidade térmica (C) é uma característica de um corpo e é definida como sendo a quantidade de calor recebido ou cedido por um corpo (Q) e a correspondente variação de temperatura (Δϴ). Seu valor representa a quantidade de calor necessária para variar a temperatura do corpo em uma unidade. Em um sistema, a capacidade térmica será igual à soma das capacidades térmicas individuais dos componentes do sistema.

O calor específico sensível (c) é uma característica de uma substância e representa a inércia térmica de uma unidade de massa do material de que é feito o corpo. A água, por exemplo, apresenta c igual a 1 cal/(g°C). Isso significa que, para aquecer 1 g de água a 1 °C, é necessário 1 cal. A rocha, por outro lado, apresenta c igual a 0,21 cal/(g°C), que significa que, para aquecer 1 g de água a 1 °C, é necessário 0,21 cal. Comparando a água com a rocha, podemos concluir que é “mais fácil” aquecer 1 g de rocha do que aquecer 1 g de água. O calor específico de uma substância depende do estado físico em que ela se encontra.

Q > 0 indica uma variação de temperatura positiva e significa que o corpo recebeu calor.

Q < 0 indica variação de temperatura negativa e significa que o corpo perdeu calor.

Em um sistema termicamente isolado, as partes do sistema trocam calor apenas entre si, mas não com o exterior do sistema. A temperatura no interior do sistema é monitorada por meio de um termômetro. O equipamento formado recebe o nome de calorímetro. Pelo princípio da conservação da energia, o calor cedido será igual ao calor recebido pelos corpos dentro do calorímetro. Matematicamente, temos:

Qrecebido = -Qcedido

ou

Qrecebido + Qcedido = 0

Havendo mudança de estado físico, considera-se calor latente

Q = mtransformada . L

Onde:

Q = quantidade de calor [cal ou J];

mtransformada = unidade de massa que sofreu mudança de estado físico [g ou kg];

L = calor latente [cal/g ou J/kg].

O calor latente (L) é a quantidade de calor (Q) por unidade de massa (m) necessária para que uma substância mude de fase, sendo diretamente proporcional à massa do corpo.

Se L > 0, o corpo absorve calor.

Se L < 0, o corpo libera calor.

Potência (P) é dada pela razão entre a quantidade de calor transferido da fonte para o corpo ou de um corpo para outro, durante um certo tempo (Δt). Matematicamente, temos:

P = Q/Δt

A potência é dada em J/s ou watt (W).

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