Calorimetria

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Calorimetria
Física - 1º Trimestre - 2024
2ª Série - Ensino Médio
Prof. Luiz Renato
• Os sistemas em geral têm energia térmica – dada pela agitação de suas partículas –, mas não 
contêm calor. O calor é a energia que flui espontaneamente do corpo mais quente para o corpo mais 
frio (ou menos quente).
• Vale lembrar, entretanto, que a energia térmica disponível em um litro de 
água a 100 °C é maior que a energia térmica disponível na água, 
também a 100 °C, que está em uma pequena xícara.
• Ambos os corpos estão à mesma temperatura, mas a quantidade de 
energia (isto é, calor) que devem ceder para atingir a temperatura 
ambiente é bem diferente. Dizemos que esses dois sistemas têm 
diferentes capacidades térmicas.
• Inicialmente, vamos analisar os fenômenos térmicos sem considerar as 
energias envolvidas durante as mudanças de fase, isto é, sem 
considerar processos como o derretimento do gelo ou a fundição de uma 
peça de chumbo.
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Calor
✓ Obs.: O Calor SEMPRE flui espontaneamente do corpo de MAIOR temperatura para o corpo de MENOR 
temperatura.
A capacidade térmica é definida como a quantidade de calor necessária para elevar em 1ºC a 
temperatura de um corpo.
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Capacidade Térmica
Equivale ao quociente entre a quantidade de 
calor recebido ou cedido pelo corpo e a 
correspondente variação de temperatura.
Exemplo:
Q = 40 cal
46ºC
26ºC
∆T = 20 ºC
Neste caso, temos: 𝑪 =
𝟒𝟎 𝒄𝒂𝒍
𝟐𝟎 𝒐𝑪
Logo: 𝑪 = 𝟐 𝒄𝒂𝒍/𝒐𝑪
Esse resultado nos indica que, para variar a temperatura 
desse corpo em 1 ºC, precisaremos fornecer a ele 2 cal.
Dizemos que dois corpos são termicamente 
equivalentes quando, ao trocarem (cederem ou 
receberem) a mesma quantidade de calor, 
sofrem a mesma variação de temperatura, ou, 
em outras palavras, dois corpos são 
termicamente equivalentes quando possuem a 
mesma capacidade térmica.
𝑪 𝒐𝒖 ℂ =
𝑸
∆𝑻
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Exemplo 1
• Resolução
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Exemplo 1
• A capacidade térmica, além de depender da quantidade de matéria, depende também da substância 
que constitui o corpo. Com o intuito de diferenciar as substâncias, foi definida uma grandeza para 
medir a capacidade térmica por unidade de massa, chamada de calor específico.
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Calor Específico
Exemplo:
Esse resultado nos indica que, para variar a temperatura de 1 g do 
material que compõe esse corpo em 1 º C, precisaremos fornecer a 
ele 0,5 cal.
Nesse caso, temos:
𝒄 =
𝟎, 𝟓 𝒄𝒂𝒍
𝟏𝒈 ∙ 𝟏 𝒐𝑪
Logo: 𝒄 = 𝟎, 𝟓 𝒄𝒂𝒍/(𝒈. 𝒐𝑪)
Q = 0,5 cal
27ºC
26ºC
∆T = 1 ºC
𝒄 =
𝑪
𝒎
𝒄 =
𝑸
𝒎 ∙ ∆𝑻
• O calor específico pode ser definido como a 
quantidade de calor necessária para elevar 
em 1ºC a temperatura de uma unidade de 
massa de um corpo.
𝑪 = 𝒎 ∙ 𝒄
• A energia é medida em joules (J) no (S.I.). Como o calor também é uma forma de energia, possui a 
mesma unidade. Por motivos históricos e práticos, também usamos outra unidade, a caloria (cal).
– Uma caloria é a quantidade de calor necessária para mudar de 1 °C a temperatura de 1 g de água.
• Observações sobre o calor específico:
– Mede a “inércia térmica” que a substância tem, em relação às variações de 
temperatura ao trocar calor, por unidade de massa.
– Depende da substância, mas não da massa do corpo.
– Depende do estado de agregação da matéria. Assim, por exemplo, o carvão e 
o diamante, embora sejam compostos apenas por carbono, têm calores 
específicos diferentes, assim como a água líquida e o gelo.
– Embora consideremos um valor constante, o calor específico tem pequenas 
variações de acordo com a temperatura.
– A água líquida é uma substância de alto calor específico.
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Unidade de medida de Calor
1 𝑐𝑎𝑙 = 4,1868 𝐽 1 𝑐𝑎𝑙 ≅ 4,2 𝐽
• Por ora, estamos considerando os corpos trocando calor sem sofrerem mudança de fase. Nessa condição, se o 
corpo receber calor, sua temperatura aumenta e, se ele ceder calor, sua temperatura diminui. Esses processos 
são perceptíveis (sensíveis) pelo uso de um termômetro, e por isso o calor é chamado de calor sensível.
• Essa expressão nos mostra que a Quantidade de Calor Sensível (QS) é diretamente proporcional:
– à Massa (m) do corpo → Quanto maior a massa do corpo, maior a quantidade de calor necessária para 
variar sua temperatura;
– ao Calor Específico (c) → Quanto maior o calor específico, maior a quantidade de calor necessária para 
variar sua temperatura;
– à Variação de Temperatura (∆T) → Quanto maior a variação de temperatura que se deseja obter de um 
corpo, maior a quantidade de calor que se deve fornecer.
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Equação do calor sensível
Como: 𝑐 =
𝑄
𝑚 ∙ ∆𝑇
Temos que: 𝑸 = 𝐦 ∙ 𝒄 ∙ ∆𝑻 𝑸 = 𝑪 ∙ ∆𝑻
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Exemplo 2
• Resolução
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Exemplo 2
• Exercícios Propostos
– Página 250, números (1 ao 4)
– Página 252, números (5 e 6), 
– Página 253, números (7 ao 10)
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Atividades
No deserto, durante o dia, a temperatura 
atinge valores muito elevados; situação que 
se inverte à noite, com temperaturas bem 
baixas. 
Imagem: Thomas Tolkien / Creative Commons Attribution 2.0 Generic
Curiosidade
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A areia do deserto possui calor específico relativamente pequeno, o que a faz 
aquecer com muita facilidade durante o dia e se resfriar facilmente à noite. Por isso, 
as temperaturas variam muito.
A explicação dessa variação se baseia no 
conceito de calor específico.
• Há cidades com alta umidade relativa do ar, conforme a quantidade e o volume de rios que a rodeiam, como é o 
caso de Manaus. A “inércia térmica” da água faz com que as amplitudes térmicas sejam menores, ou seja, as 
diferenças entre as temperaturas máximas e mínimas são menores. No caso de Manaus, até as noites são muito 
quentes.
• No planejamento e construção de Brasília, nossa capital, esse fator foi levado em conta e grandes lagos 
artificiais foram construídos, assim como vários espelhos de água em muitos edifícios, visando melhorar a 
umidade e reduzir as amplitudes térmicas.
• Considerando o planeta como um todo, com quase 3/4 de água cobrindo a superfície, é a água um dos fatores 
que colabora para equilibrar as temperaturas entre o dia e a noite e mesmo para mitigar as grandes variações 
de temperatura ao longo das estações do ano. Em cidades à beira-mar, por exemplo, situadas a médias 
latitudes, o clima é mais amigável, porque elas compartilham a grande capacidade térmica dos oceanos.
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A água como estabilizador climático
• As trocas de calor terão impacto na temperatura dos corpos, mas as variações de temperatura vão depender da 
capacidade térmica dos corpos que participam do processo.
• Fluxo de Calor
• As trocas de calor ocorrem em determinados intervalos de tempo. Podem ser mais rápidas ou mais lentas. Para 
medir com que rapidez se processa a transferência de calor, define-se o fluxo de calor por:
– No SI, a unidade é 𝚽 =
𝒆𝒏𝒆𝒓𝒈𝒊𝒂
𝒕𝒆𝒎𝒑𝒐
=
𝒋𝒐𝒖𝒍𝒆
𝒔𝒆𝒈𝒖𝒏𝒅𝒐
= 𝒘𝒂𝒕𝒕, ou seja, é uma unidade de potência, no caso, 
a potência térmica da fonte.
– No sistema usual da Calorimetria, a unidade de fluxo de calor é cal/s.
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Trocas de Calor
𝚽 =
𝑸
∆𝒕
• Um sistema isolado termicamente é um conjunto de corpos que apenas trocam calor entre si, ou seja, esse 
sistema não recebe nem cede calor de outras fontes.
• Considerando que sejam apenas dois corpos A e B, e estando A inicialmente mais quente, todo calor cedido por 
A será recebido por B.
• Em módulo, podemos escrever: |𝑄𝐴| = |𝑄𝐵|, mas, considerando a convenção de 
sinais em relação a calor recebido e cedido, temos: 𝑄𝐵 = − 𝑄𝐴 e, portanto,𝑄𝐴 + 𝑄𝐵 =0.
• Se o sistema for constituído por três ou mais corpos, o resultado anterior pode ser 
generalizado pelo somatório de todos os calores trocados no sistema isolado 
ganhamos a primeira equação ao lado. Na expressão, n representa o número de 
corpos.
• Caso haja trocas de calor também com o ambiente, esta troca pode ser incorporada 
na equação, obtendo-se a segunda equação.
• Como, por ora, estamos considerando apenas trocas de calor sem mudança de fase e 
sem intervenção de trabalho mecânico, cada um dos calores envolvidos no somatório 
pode ser calculado por: 𝑸 = 𝐦 ∙ 𝒄 ∙ ∆𝑻.
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Sistema isolado termicamente
෍
𝒊=𝟏
𝒏
𝑸𝒊 = 𝟎
෍
𝒊=𝟏
𝒏
𝑸𝒊 + 𝑸𝒂𝒎𝒃𝒊𝒆𝒏𝒕𝒆 = 𝟎
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Exemplo 3
• Resolução
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Exemplo 3
• Exercícios Propostos
– Página 254, números (11 ao 13)
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Atividades
• Recipiente termicamente isolado que evita troca de calor entre o seu conteúdo e o meio externo.
• Em princípio, um calorímetro ideal não deveria trocar calor com os corpos de seu interior, mas na 
prática isso ocorre. Portanto, em alguns casos, vamos considerar a capacidade térmica do calorímetro 
no equacionamento da troca de calor.
• A popular garrafa térmica, usada para manter bebidas quentes ou frias por longo tempo, é um 
exemplo razoável. Se ela cumpre sua função, está mantendo o seu interior termicamente isolado.
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Calorímetro
• Todos os organismos vivos necessitam de energia para a sua sobrevivência. No caso dos animais, a principal 
fonte de energia é a alimentação. O homem, através da alimentação, ingere proteínas, gorduras, vitaminas, 
carboidratos e uma quantidade de energia necessária para a realização de todas as suas atividades diárias.
• O mesmo podemos dizer das máquinas e motores. Para que possam realizar trabalho, eles necessitam de 
energia e, nestes casos, a principal fonte de energia é o combustível. Os combustíveis, assim como os 
alimentos, contêm energia que pode ser liberada e utilizada por outros mecanismos.
• A energia contida nos alimentos e nos combustíveis pode ser medida através da queima (combustão). A 
combustão é uma reação exotérmica (liberação de calor) de uma substância com o oxigênio. Assim, a queima 
de 1 g de uma determinada substância libera uma quantidade de calor, denominada calor de combustão:
– Calor de combustão é a quantidade de energia liberada na queima de uma substância, por unidade de massa.
• Usualmente, o calor de combustão é apresentado em cal/g.
• As tabelas no próximo slide apresentam os calores de combustão de alguns alimentos e combustíveis.
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Calor de combustão
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Calor de combustão
• Exercícios de Revisão
– Página 255-257, números (1, 2, 4 ao 8, 10, 11, 14, 15, 17, 18)
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Atividades de Recapitulação
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	Slide 1: Calorimetria
	Slide 2: Calor
	Slide 3: Capacidade Térmica
	Slide 4: Exemplo 1
	Slide 5: Exemplo 1
	Slide 6: Calor Específico
	Slide 7: Unidade de medida de Calor
	Slide 8: Equação do calor sensível
	Slide 9: Exemplo 2
	Slide 10: Exemplo 2
	Slide 11: Atividades
	Slide 12
	Slide 13: A água como estabilizador climático
	Slide 14: Trocas de Calor
	Slide 15: Sistema isolado termicamente
	Slide 16: Exemplo 3
	Slide 17: Exemplo 3
	Slide 18: Atividades
	Slide 19: Calorímetro
	Slide 20: Calor de combustão
	Slide 21: Calor de combustão
	Slide 22: Atividades de Recapitulação
	Slide 23