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Estudo do Calor
A energia associada ao estado de movimento das partículas faz parte da denominada energia interna (quanto
maior a agitação das partículas, maior sua temperatura, maior sua energia interna) do corpo.
Se dois corpos em temperaturas diferentes forem colocados em presença, isolados termicamente do meio
ambiente, o corpo mais quente perde energia, e sua temperatura diminui. Por outro lado o corpo inicialmente mais
frio, ganha energia e, sua temperatura aumenta.
Calor é uma forma de energia em transito, determinada pela diferença de temperatura entre dois sistemas.
- o calor não está em nenhum dos corpos, ele é a energia que está sendo transferido
- corpos não têm calor, eles têm energia interna. Mas receber calor pode fazer com que aumente a energia
interna de um corpo, e consequentemente sua temperatura.
A
CALOR
B
θa > θb
B
A
θaf = θbf
Quantidade de calor: Q
Unidade no SI: joule (J)
Unidade Freqüente: caloria (cal)
1cal = 4,12J
1 kcal = 103cal
Potência ou Fluxo de uma fonte térmica
- Fonte térmica ou fonte de calor é um sistema que pode fornecer calor sem que sua temperatura varie. Ex: chama
do fogão
P = Q (quantidade de calor) / Δt (tempo)
Unidades: cal/s, cal/min, J/s = W
Para que a temperatura de um corpo varie algo precisa estar fazendo com que as partículas se movimentem, mas
isso não necessariamente é feito pelo calor, mas também ao fornecer energia de outro tipo como mecânica,
elétrica ou mesmo o atrito.
Propagação do Calor
A transmissão do calor pode ocorrer por três processos diferentes:
Condução térmica:
Consiste na transferência de energia de vibração entre moléculas que constituem um sistema.
- Para ocorrer condução é necessário haver um MEIO MATERIAL
- É a ENERGIA que se propaga e NÃO as partículas que se deslocam
Levando a extremidade de uma barra de ferro a uma chama, após um intervalo de tempo a outra extremidade
estará quente devido a condução do calor.
A rapidez com que a condução ocorre depende da condição de bom condutor térmico, ou bom isolante térmico
que um material possui. Materiais bons condutores de metal, conduzem calor rapidamente, enquanto materiais
isolantes levam um tempo maior para conduzir o calor.
Bons Condutores: metais em geral: prata, cobre e ferro
Bons isolantes: borracha, lã pura, gelo, ar, água
Na prática: sentimos frio pois perdemos calor
- Igloos são feitos de neve porque tem ar entre os cristais de gelo, o que isola melhor a perda de calor.
- Geralmente em temperaturas ambientes você perde calor para o ambiente, pois sua temperatura corporal é maior
que a do ambiente. Mas em temperaturas de, por exemplo, 40oC o ambiente acaba perdendo calor para você. Em
temperaturas muito frias, o fluxo de calor é muito maior, assim sua sensação de frio é bem maior.
- Agasalhos e cobertores não aquecem, eles apenas isolam, evitam que o calor seja perdido para o ambiente
- Quando colocamos a mão num metal e numa mesa, sentimos mais frio quando tocamos na mesa, mesmo que
eles estejam a temperaturas iguais. Isso se deve ao fato de como o metal é um bom condutor de calor, nós
perdemos calor para ele mais rápido, e assim temos a sensação de frio. Na madeira ao contrário, que é um bom
isolante, perdemos calor de maneira mais devagar, e assim não sentimos que ela é tão fria.
O fluxo de calor (Ø) entre dois corpos depende das seguintes variáveis (LEI DE FOURIER):
A área da seção transversal do material que o calor atravessará (A)
Depende do coeficiente de condução do material – o tipo de material – bons condutores tem K maior e
consequentemente, um fluxo maior. (K)
Do Δθ entre os dois corpos – quanto maior a diferença, maior o fluxo
A espessura – quanto maior a espessura  menor o fluxo (L)
Ø= K*A*(θ1 – θ2)
L
Convecção Térmica
- propagação que ocorre em fluidos (líquidos e gases) em virtude de uma diferença de densidade entre as
partes do sistema.
Correntes de Convecção
Forma-se uma corrente ascendente de líquido quente (que é menos denso) e uma descendente de liquido frio (que
é mais denso).
Aplicações
- posição do congelador em uma geladeira. Ele fica em cima pois como segundo a corrente, o ar quente sobe, o
congelador esfria o ar quente em cima, que ao esfriar e ficar mais denso, descerá, esfriando as partes inferiores.
- vôo de asa-delta em dias de sol, o solo fica aquecido, e as camadas de ar quente que se forma em baixo sobem,
ajudando a asa-delta.
- dispersão de poluentes nas grandes cidades - ar quente sobe, levando as partículas poluente para cima, em vez
de ficarem concentradas em baixo.
Irradiação
- transmissão de energia entre dois sistema, sem que haja contato físico entre eles
- não precisa necessariamente de material, podendo ocorrer no vácuo (sol – terra)
- todos os corpos emitem radiação segundo sua temperatura
- quanto maior a freqüência das eletro-ondas, maior sua energia e maior sua temperatura (maior também
sua visibilidade nas ondas visíveis)
- a energia associada às ondas eletromagnéticas é denominada energia radiante e se transforma em energia
térmica ao ser absorvida pelo corpo.
- quanto maior a temperatura maior será o Q irradiado
As ondas eletromagnéticas seguem segundo a ordem de freqüência energética
(pouco energético) Rádio, microondas, infravermelho, visível, ultravioleta, raios-X, raio gama (muito energético)
- corpos escuros absorvem muito bem a radiação e por isso são os que se aquecem mais, e mais rapidamente
- corpos claros refletem muito bem a radiação e por isso não absorvem tão bem
- corpos podem emitir energia radiante de mais de um tipo como, por exemplo, o sol: infravermelho, visível e
ultravioleta.
Aplicações: Garrafa térmica:
1) Entre as paredes duplas da garrafa faz-se vácuo para impedir a condução e a convecção
2) As paredes são espelhadas para que os raios infravermelhos sejam refletidos
- temperatura ambiente: devido aos raios infravermelhos do sol
- efeito estufa: o sol irradia ondas infravermelhas que atravessam nossa atmosfera. Eles aquecem nosso solo, que
ao ter sua temperatura elevada, começa a irradiar também. Naturalmente parte dessa irradiação é dissipada para o
espaço, mas parte é retida pelos gases da atmosfera, mantendo a temperatura terrestre em uma faixa que permite
vida. No entanto com a maior emissão de gases poluentes, a camada de gases está maior, e assim uma maior
quantidade de raios refletidos é retida, portanto, aumentando ainda mais a temperatura do planeta.
Aplicação com Coletores Solares
Irradiação solar – vidro- placa metálica negra – aquecimento – condução por tubos onde circula água – água fria
esquenta – água quente sobe por convecção – armazenada
- placa de vidro – efeito estufa – bloqueia radiação emitida pelo próprio coletor – mais eficiente
Calor Sensível e Calor Latente
O calor que um corpo cede ou recebe pode produzir no corpo ou:
- variação de temperatura – calor SENSÍVEL – TEMPERATURA VARIA
OU
- mudança de estado de agregação das moléculas – calor LATENTE – TEMPERATURA Ñ VARIA
Capacidade Térmica
Um corpo recebe uma quantidade de calor (Q) e sofre uma variação de temperatura Δθ (calor sensível). Define-se
capacidade térmica ou calorífera C DO CORPO por meio da relação:
C = Q/Δθ (cal/oC ou J/K).
A capacidade térmica mede a quantidade de calor necessário para elevar em uma unidade a temperatura de um
corpo, e depende consequentemente da massa dele. Corpos de uma mesma substância com massas diferentes,
terão C diferentes. Quanto maior a massa maior sua capacidade.
- quanto maior a capacidade térmica, mais calor precisa ser fornecido para aumentar sua temp.
Calor específico
Define-se calor específico c de uma SUBSTÂNCIA (igual para todos) por meio da relação
c = C/m em que m = massa do corpo
Unidade: cal/g*oC
Calor Especifico pode ser entendido como a quantidade de calor que produz aumento de uma unidade de
temperatura por unidade de massa da substância.
C1 (MAIOR) = C2 (MENOR) = c (IGUAL PARA TODAS AS SUBSTÂNCIAS)
m1 (MENOR)
m2 (MAIOR)
A água é uma das substâncias com c maior, o que significa que ela precisa de MAIS calor para elevar em 1oC 
1g.
O c de uma substância depende de seu ESTADO DE AGREGAÇÃO, ou seja: gelo: c = 0,5cal/g*oC, água
liquida: c = 1cal/goC, vapor: c = 48cal/goC.
O Calor específico explica o porque de ambiente com água serem mais quentes continuamente, do que desertos.
Á água passa o dia inteiro absorvendo muito calor para que sua temperatura se equilibre com a ambiente, mas sua
temperatura não varia muito, assim muito calor precisa ser absorvido. Mas chega de noite, todo aquele monte de
calor absorvido, que mudou pouco sua temperatura vai ser liberado, pois agora é necessário que ela libere muito
calor para se equilibrar com o ambiente. Absorvendo muito calor, a temperatura ambiente sobe.
Já a areia do deserto possui um c inferior, assim sendo, ela rapidamente chega na temperatura ambiente, sem ter
que absorver tanto calor. Mas chega de noite, exatamente por não ter absorvido tanto calor, ela rapidamente emite
o pouco absorvido, e o ambiente fica bem mais frio.
Fórmula Geral da Calorimetria
Q = m* c * Δθ
Sendo que m* c = C
Em vista dessa fórmula, o Q apresenta mesma sina que o Δθ. Assim:
Δθ > 0  Q>0
Δθ < 0  Q<0
Se a temperatura sobe quando um corpo recebe calor, seu Q vai ser +
Se a temperatura diminui quando um corpo perde calor, seu Q vai ser –
Trocas de Calor
Considerando dois corpos A e B com temperaturas (θa>θb) no interior de um recinto termicamente isolado e de
capacidade térmica desprezível (não perde calor para o ambiente).
O corpo A perdeu uma quantidade de calor Qa e o corpo B recebeu uma quantidade de calor Qb. Como somente
os dois corpos trocam calor:
- Qa = Qb
Qa + Qb = 0
Você pode substituir a formula geral de cada um nessa expressão.
Se o calorímetro acabar influenciando, o considere como um corpo.
Qa + Qb + Qcal = 0
Calor Latente – de mudanças de Fase
Fase – estado de agregação das moléculas
 Sólido – forma e volume constante, rigidez e estrutura regulares (rede cristalina), forças de coesão muito
fortes, sem liberdade de movimento das partículas, vibração em torno de um foco.
 COM CALOR
 Liquido – apenas volume definido, forma do recipiente que o contem, coesão entre moléculas
considerável, não existe rede cristalina, liberdade de movimento entre partículas
 COM CALOR

Gases – não possuem nem forma nem volume definido, coesão entre partículas é desprezível, arranjo
caótico. Liberdade total de movimento, ocupam todo o espaço disponível.
Ao fornecer calor, ou a temperatura muda, ou o estado muda. Não dá para acontecer os dois ao mesmo tempo.
Fusão
Sólido
solidificação
Vaporização - ebulição ou evaporação
Liquido
condensação
Gases
sublimação
Leis da mudança de estado:
1) Cada substância em uma determinada temperatura e uma determinada pressão, tem sua
temperatura de mudança de fase específica
2) Durante a mudança de fase a temperatura permanece constante.  preservar energia quando
aquecendo
Aplicação – economia de gás de cozinha
O que faz um alimento cozinhar é a temperatura na qual ele é submetido. Assim após a água começar a ferver
você pode abaixar a chama do fogão, que não interferirá no cozimento.
Calor Latente: calor cedido ou recebido pelos corpos quando estão mudando de fase
Sob pressão de 1atm, para derreter 1g de gelo, precisamos fornecer 80cal. Então dizemos que calor latente de
fusão do gelo (Lf) = 80cal/g.
Fórmula de Calor Latente:
Q=m*L
Em que m é a massa do corpo
L = calor latente específico de casa estado
A uma temperatura constante, você sabe se está evaporando se está ganhando energia, e se estiver perdendo
energia, ele está condensando.
Fusão ou ebulição  L +  fornecer calor
Condensação ou solidificação  L  retirar calor
Em modulo: Lvap = Lcond
Lfus = Lsol
L+V
100
0
-30
S+L
Vapor (V) – aumenta a
temp.
Liquido (L) – aumento de temp.
Q
Sólido (S) – aumento de temp.