Conceitos de Calor e Transferência de Calor

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CALORIMETRIA
Conceitos importantes
Temperatura: grau de agitação das moléculas de um corpo.
Calor: energia térmica em trânsito.
Equilíbrio térmico: situação em que os dois corpos atingem a mesma temperatura - o calor sempre flui do corpo de maior temperatura para o corpo de menor temperatura.
Conceitos importantes
Unidade de calor: 1 J = 4,18 cal
Quando o corpo recebe calor: Q > 0 
Quando o corpo perde calor: Q < 0
Conservação de calor: em um sistema isolado, não ocorre troca de energia com o ambiente, portanto, todo o calor cedido por um corpo será recebido pelo outro e a soma dos calores trocados será nula.
Gráfico de aquecimento
Calor sensível
Calor sensível: mudança da temperatura do corpo.
Fórmula:
Q = m . c . ΔT
Q – Quantidade de calor (J ou cal)
m – Massa do corpo (kg ou g)
c – Calor específico (J/kg.K ou cal/gºC)
ΔT – Variação de temperatura (K ou ºC)
Calor específico: é uma unidade que indica a quantidade de calorias necessárias para se elevar em 1,0 ºC uma massa de 1,0 g de determinada substância.
Essa propriedade depende diretamente do número de grau de liberdade apresentado pelas moléculas do corpo: quanto maior for o seu grau de liberdade, isto é, as suas possibilidades de movimentação, maior será o seu calor específico.
Calor sensível
Capacidade térmica: grandeza física utilizada para definir a quantidade de calor que um corpo deve receber, ou ceder, para que a sua temperatura varie em 1,0 ºC ou 1,0 K. 
Diferentemente do calor específico, essa grandeza está relacionada com o corpo como um todo, e não somente com cada grama de sua composição. Calor específico é uma propriedade da substância, enquanto a capacidade térmica é uma propriedade do corpo em si.
Fórmula:
C = Q/ΔT = m . c
C – Capacidade térmica (cal/g ou J/Kg)
Calor latente
Calor latente: mudança de estado físico do corpo.
Calor latente
Fórmula:
Q = m . L
Q – Quantidade de calor latente (J ou cal)
m – Massa do corpo (kg ou g)
L – Calor latente de fusão (LF), vaporização (LV), etc. (J/kg ou cal/g)
Calor latente: quantidade de calor que 1 g de uma determinada substância deve receber ou perder para mudar de estado físico.
Sinais a serem utilizados no calor latente:
- Recepção de calor (fusão e ebulição): L > 0 
- Perda de calor (condensação e solidificação): L < 0
Calor latente
Quanto maior for o calor latente de fusão de uma substância, mais calor por grama será necessário para fundi-la, levando-a do estado sólido para o estado líquido. O calor latente está intimamente relacionado com o tipo das ligações químicas formadas entre os átomos de uma molécula e, consequentemente, com a quantidade de graus de liberdade que ela apresenta.
Tipos de calor
Tipos de transferência de calor
Condução: a transmissão de calor ocorre por meio do contato entre os corpos;
Convecção: a transmissão de calor ocorre quando há uma mudança na densidade que cria um movimento no interior do líquido ou do gás, fazendo com que essa movimentação de sobe e desce gere correntes de convecção responsáveis pela troca de temperatura.
Irradiação: ocorre quando a transferência de calor se dá por meio de ondas eletromagnéticas. Esse tipo de transmissão não necessita de um meio material para acontecer.
Exercício
Um cubo de gelo de massa 100 g, inicialmente à temperatura de - 20 °C, é aquecido até se transformar em água a 40 °C (dados: calor específico do gelo 0,50 cal/g °C; calor específico da água 1,0 cal/g °C; calor de fusão do gelo 80 cal/g). As quantidades de calor sensível e de calor latente trocados nessa transformação, em calorias, foram, respectivamente:
a.) 8.000 e 5.000
b.) 5.000 e 8.000
c.) 5.000 e 5.000
d.) 4.000 e 8.000
e.) 1.000 e 4.000 
Tarefa
Uma piscina contém 20.000 litros de água. Sua variação de temperatura durante a noite é de – 5° C. Sabendo que o calor específico da água é de 1cal/g ° C, a energia, em kcal, perdida pela água ao longo da noite é
Dado que a densidade da água é 1 g/cm3 
a.) 1.104
b.) 1.105
c.) 2.103
d.) 9.103
e.) 9.107
d = 1 g/cm3 
1 = 
m = 20.000.000 g
Q = m . c . ΔT
Q = 20.000.000 . 1 . (-5)
Q = - 100.000.000 = 108 cal
108 cal = 105 kcal
Tarefa
Ao fornecer 300 calorias de calor para um corpo, verifica-se como consequência uma variação de temperatura igual a 50 ºC. Determine a capacidade térmica desse corpo.
Tarefa
Para aquecer 500 g de certa substância de 20 ºC para 70 ºC, foram necessárias 4 000 calorias. A capacidade térmica e o calor específico valem respectivamente:
a.) 8 cal/ ºC e 0,08 cal/g .ºC
b.) 80 cal/ ºC e 0,16 cal/g. ºC
c.) 90 cal/ ºC e 0,09 cal/g. ºC
d.) 95 cal/ ºC e 0,15 cal/g. ºC
e.) 120 cal/ ºC e 0,12 cal/g. ºC
Tarefa
Um copo de água está à temperatura ambiente de 30°C. Joana coloca cubos de gelo dentro da água. A análise dessa situação permite afirmar que a temperatura da água irá diminuir porque
a.) o gelo irá transferir frio para a água.
b.) a água irá transferir calor para o gelo.
c.) o gelo irá transferir frio para o meio ambiente.
d.) a água irá transferir calor para o meio ambiente.
Tarefa
Determine a quantidade de calor em Kcal necessária para um bloco de gelo com 2 kg de massa, inicialmente a -5°C, seja aquecido até a temperatura de 5°C.
DADOS: Calor específico do gelo = 0,5 cal/g°C / Calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g
a.) 145
b.) 155
c.) 165
d.) 175
e.) 185