Apostila sobre Calor

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CENTRO UNIVERSITÁRIO JORGE AMADO 
CURSO: ENGENHARIAS 
 
CALOR 
Quando tentamos pensar em alguma coisa que "não tem nada a ver com o calor" é natural, 
por oposição, pensar em algo frio. Na realidade, quando se diz que um objeto está frio, é 
porque está menos quente que o ambiente à sua volta, ou porque está menos quente do que 
a mão que tateia o objeto. 
Como veremos a percepção de que alguma coisa "é fria" está associada a ela estar 
tomando calor do ambiente ou da mão que a toca. Da mesma forma, se diz que alguma coisa 
está quente, quando está cedendo calor à mão que a toca ou ao ambiente. 
Então calor e temperatura é a mesma coisa??? 
Calor está relacionado à uma transferência da energia térmica de um corpo para outro. E 
temperatura está associado a medida da agitação térmica do átomos e moléculas. 
Veja as figuras abaixo e responda o que está acontecendo em cada situação. 
 
 
 
 
Somos capazes de sentir o calor porque temos receptores na pele que detectam o 
aumento de energia térmica. Para medir temperaturas construímos termômetros clínicos 
ou industriais que se baseiam na propriedade dos materiais dilatarem quando aquecidos. O 
controle de temperatura feito pelos termostatos, que ligam e desligam circuitos, também 
se baseia na dilatação. Ele que controla as variações de temperatura de um sistema, 
procurando mantê-lo a temperatura constante. 
Fontes e trocas de calor. 
Sempre que algo puder ceder calor para a vizinhança pode ser considerado uma fonte de 
calor. Às vezes, entretanto precisamos impedir as trocas de calor que ocorrem por várias 
maneiras. O isopor, entre muitos outros é um material que evita a condução do calor. 
DISCIPLINA: Física Oscilações e Ondas PROFESSORA: Sonilha Moreira 
ALUNO (A): SEMESTRE: 2018.1 TURMA: 
Figura 1 : Roupas secando no varal Figura 2: Garrafa térmica Figura 3: Cobertor 
Transformações térmicas. 
Na natureza encontramos água em grande quantidade: no estado líquido, como sólido nas 
geleiras polares e como gás na atmosfera. O gelo, a água e o vapor d'água são estados 
diferentes de uma mesma substância. Utilizando tecnologias específicas nós provocamos 
mudanças de estado nas substâncias sempre que necessário. Transformações térmicas 
exercidas nos gases produzem variações de volume e pressão. 
Calor é a energia transferida entre dois ou mais sistemas devido a uma diferença de 
temperatura entre eles. 
Por exemplo, quando pegamos um copo com chá quente a energia é transferida do copo 
para nossa mão e, quando pegamos um copo de água com gelo, a energia é transferida da 
nossa mão para o copo. Ou seja, quando dois corpos estão em contato, a transferência de 
energia ocorre do mais quente para o mais frio. 
O calor é espontaneamente transferido do corpo que possui temperatura mais alta para o 
que possui temperatura mais baixa, e o calor só é transferido enquanto os corpos 
possuírem temperaturas diferentes entre si, isso porque uma vez que é atingido o 
equilíbrio térmico, os corpos adquirem a mesma temperatura e deixa de ocorrer o fluxo 
de energia, ou seja, calor. 
Sendo assim, podemos concluir que: 
Calor é a energia térmica em trânsito motivada por uma diferença de temperatura, sendo 
sempre transferida do meio de maior temperatura para o meio de menor temperatura. 
 Os corpos possuem calor? 
Não! Os corpos possuem energia. Todos os corpos possuem o que denominamos energia 
interna que é a soma de todas as energias das moléculas no seu interior. 
A energia interna é composta pela energia cinética da agitação molecular e dos átomos 
dentro das moléculas e pela energia potencial existente devido às forças entre essas 
moléculas. 
Quando um corpo cede ou 
recebe calor significa que 
sua energia interna está 
diminuindo ou aumentando, 
pois ocorre uma 
transferência de energia. 
Então, diz-se que calor é uma 
energia em trânsito. 
 O calor flui do corpo de maior temperatura para o de menor, mas isso não significa que 
flua do corpo de maior energia interna para aquele que possui menor energia, por exemplo, 
há mais energia interna em uma chaleira com água morna do que em uma xícara com água 
fervente, contudo, uma chaleira com água quente pode transferir mais calor para outro 
corpo do que uma xícara com água na mesma temperatura. 
 Como medimos calor? 
Como calor é energia em trânsito entre dois sistemas, sua unidade de medida no Sistema 
Internacional é a mesma unidade de energia, isto é, o joule [J]. 
Também é muito comum o uso da caloria [cal] ou quilocaloria [kcal]. 
A caloria é definida como a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 
1g de água líquida de 1oC. O conteúdo energético dos alimentos é, normalmente, medido em 
quilocalorias, que equivale a 1.000 calorias, ou seja, é a quantidade de calor necessária 
para elevar a temperatura de 1kg de água em 1oC, portanto, 1kcal = 1000cal. 
Foi James Prescott Joule quem verificou a relação entre o calor e a energia mecânica, isto 
é, que uma caloria corresponde a 4,186 joules (1cal = 4,186J), com uma experiência que 
levou seu nome: Experiência de Joule. 
O calor (assim como o trabalho) é uma medida da transferência de energia, e sua 
unidade no SI é Joule. 
Muitos aparelhos elétricos utilizam a Unidade Térmica Britânica ou BTU de British 
Thermal Unit, que é definida como a quantidade de calor necessária para elevar a 
temperatura de 1 libra (=0,45kg) de água líquida de 1oF. 
Por exemplo, os aparelhos de ar condicionado ou aquecedores de ambiente são 
classificados quanto à quantidade de calor que podem ceder ou retirar do ambiente em 
uma hora. Cada BTU corresponde a 252 calorias (1BTU = 252cal). 
Resumindo: 1kcal = 1000cal = 3,968BTU = 4186J 
 As substâncias necessitam da mesma quantidade de calor para sofrerem mesma 
variação de temperatura? 
Em geral, quando duas substâncias recebem ou cedem calor, durante um mesmo intervalo 
de tempo, a variação de suas temperaturas é diferente. Podemos aquecer um pouco de 
água e a mesma quantidade de ferro, a uma mesma temperatura. Verificaremos que o 
ferro sofrerá a elevação da temperatura em muito pouco tempo, enquanto que a água 
precisará de mais tempo para alcançar a mesma variação da temperatura alcançada pelo 
ferro. 
Essa quantidade de calor necessária para variar a temperatura de uma certa quantidade 
de substância é chamada de Capacidade Térmica (C). Em uma troca de calor entre duas 
substâncias diferentes, a temperatura de equilíbrio térmico fica mais próxima da que 
possui maior capacidade térmica. Se a substância for à mesma, a temperatura de 
equilíbrio será a média da temperatura dos corpos envolvidos. 
A capacidade térmica de um corpo é uma característica de uma amostra de determinada 
substância. Ela é proporcional à massa e ao calor específico da substância que compõem o 
corpo, o que pode ser resumido pela equação C = mc, onde a constante c é denominada 
calor específico da substância. 
Define-se o Calor Específico (c) como a quantidade de calor necessária para elevar em 
1oC, 1g da substância. Por exemplo, o calor específico da água é igual a 1,0 cal/gºC, 
significa que é necessário fornecer uma quantidade de calor de 1,0 cal para aquecer 1,0 g 
de água de 1ºC. 
Quanto menor o calor específico de uma substância, mais facilmente ela pode sofrer 
variações em sua temperatura. 
 Qual a diferença entre capacidade térmica e calor específico de uma substância? 
 
O calor específico depende somente da substância, não da quantidade de massa, pois ele é 
definido com a quantidade de calor necessária para elevar uma unidade de massa de um 
grau Celsius (ou Kelvin, ou Fahrenheit). A capacidade térmica, além de depender do calor 
específicoda substância, depende da massa do corpo. 
 
CALOR SENSÍVEL E CALOR LATENTE: 
Supondo que uma pequena quantidade de calor, dQ, seja transferida entre um sistema e 
sua vizinhança. Se o sistema sofrer uma mudança de temperatura dT, o calor específico 
(c) do sistema será definido por: 
 
 
 
 
 
 
portanto expresso em calorias por grama grau Celsius: cal/(gºC) 
E portanto: dQ = mcdT 
Onde c é uma função da temperatura T, ou seja, c = f(T). No caso em que c é constante, 
ou seja, não varia com a variação da temperatura: 
 
O calor é qualificado de duas formas distintas: 
- Calor sensível – quando ele provoca variação na temperatura do sistema em análise. 
- Calor latente – quando ele não provoca variação de temperatura, mas sim mudança de 
fase do sistema em análise. 
 
 CALOR SENSÍVEL 
O calor sensível é uma forma de calor que está relacionada com a variação da temperatura 
dos corpos. Toda vez que vemos ou ouvimos a respeito de "sensação térmica" ou, ainda, da 
própria "variação de temperatura" estamos lidando com a quantidade de calor sensível dos 
corpos. Por definição: 
Q = m. c. ou Q = C. 
 CALOR LATENTE 
Calor é o processo de transferência de energia de um corpo para outro, exclusivamente 
por que existe uma diferença de temperatura entre eles. Contudo, isso não significa que 
aumenta necessariamente a temperatura do corpo que ganha energia ou que diminui 
necessariamente a temperatura do corpo que perde energia. Em certos tipos de transição 
de fase, a temperatura da amostra permanece constante embora ela esteja trocando 
energia com a vizinhança. Isso acontece, por exemplo, na liquefação de uma amostra 
gasosa, na solidificação de uma amostra líquida e nas transições inversas. 
Sendo Q a quantidade de energia que uma amostra de massa m troca com a vizinhança 
durante uma transição de fase, temos que o quociente Q / m é uma constante 
característica da substância de que é feita a amostra e da transição de fase em questão. 
Representando por L essa constante, podemos escrever: 
Q = mL 
Q = quantidade de calor perdida ou recebida pelo corpo. 
m = massa do corpo 
L = calor latente da substância 
 
Calor latente é definido como o calor necessário para mudar o estado físico de um corpo. 
Duas unidades costumam ser usadas para representar esta grandeza: cal/g e o J/kg. Esta 
última pertence ao Sistema Internacional de Unidades (SI). 
PRINCÍPIO DAS TROCAS DE CALOR: 
ΣQ=0 ou Qcedido = Qrecebido 
Mudanças de estado físico 
As substâncias podem mudar de estado físico (sólido, líquido, gasoso etc) e isso depende 
principalmente das condições de pressão e temperatura a que estão expostas. Existem 
nomes que representam cada uma destas "passagens" entre estados físicos (mudanças de 
fase): 
 
 
 
 
 
 
OBS: cada substância possui uma temperatura 
onde estas mudanças de estado costumam 
ocorrer (esta temperatura depende da 
pressão). A esta temperatura damos o nome de 
ponto de fusão, ponto de vaporização, ponto 
de liquefação, ponto de solidificação ou ponto 
de sublimação, dependendo do fenômeno que 
estiver ocorrendo. 
"O calor latente de fusão (Lf) de uma substância qualquer é então a quantidade de calor 
(Q) necessária para que 1g desta substância passe do estado sólido para o estado líquido". 
A solidificação, que é a passagem do estado líquido para o sólido (processo inverso da 
fusão) ocorre nos mesmos valores da temperaturas de fusão, uma vez que é o processo 
inverso, e o calor latente de solidificação é igual ao calor latente de fusão, só que com o 
sinal trocado. Para ocorrer a mudança do estado líquido para o sólido a substância precisa 
perder calor, e por isso o calor latente de solidificação (Ls) recebe um sinal negativo. ( Lf 
= - Ls ) 
 
Passagem de líquido para gasoso (vaporização). Tudo o que se viu para o caso da fusão, 
funciona mais ou menos da mesma maneira para a vaporização. Existe uma temperatura 
certa onde as substâncias começam a passar do estado líquido para o gasoso (esta 
temperatura é chamada ponto de ebulição). 
A liquefação, ou condensação, que é a passagem do estado gasoso para o líquido (processo 
inverso da vaporização) ocorre nos mesmos valores da temperaturas de vaporização, uma 
vez que é o processo inverso, e o calor latente de liquefação é igual ao calor latente de 
vaporização, só que com o sinal trocado. Para ocorrer a mudança do estado gasoso para o 
líquido a substância precisa perder calor, e por isso o calor latente de liquefação (Ll) 
recebe um sinal negativo. ( Lv = - Ll ) 
 
 TRANSIÇÕES DE FASE 
 
 
 
 
 
MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR 
 A transferência de calor entre os corpos é chamada de propagação do calor. 
Há três mecanismos conhecidos para transferência de calor: radiação, condução e 
convecção. 
 
 
Mecanismos de Transferência de Calor 
 A radiação térmica consiste de ondas eletromagnéticas viajando com a velocidade 
da luz. Como a radiação é a única que pode ocorrer no espaço vazio, esta é a 
principal forma pela qual o sistema Terra-Atmosfera recebe energia do Sol e libera 
energia para o espaço. 
A diferença entre radiação e irradiação é bem simples: radiação é transmissão de energia 
através do espaço, já irradiação é exposição à radiação. 
Nota-se que o calor recebido pelo gelo inicialmente fez com que 
sua temperatura aumentasse de -5ºC até 0ºC (ponto de fusão do 
gelo). Isto está representado pela parte A no gráfico. Depois que 
a temperatura chegou a 0ºC, todo calor recebido serviu para 
derreter a quantidade de gelo em questão (mudança de fase), por 
isso a temperatura manteve-se constante. Isto está representado 
pela letra B no gráfico. Quando o gelo já estava totalmente 
derretido, ou seja, havia virado água no estado líquido, o calor 
recebido passou novamente a aumentar sua temperatura, como 
está representado na parte final do gráfico. Lembre-se: quando o 
calor "quebra ligações" entre as moléculas, ocorre a mudança de 
estado, quando o calor aumenta a agitação das moléculas, ocorre 
um aumento de temperatura. 
 A condução térmica consiste na transferência de energia entre as moléculas que 
constituem o sistema, ocorre dentro de uma substância ou entre substâncias que 
estão em contato físico direto. Na condução a energia cinética dos átomos e 
moléculas (isto é, o calor) é transferida por colisões entre átomos e moléculas 
vizinhas. O calor flui das temperaturas mais altas (moléculas com maior energia 
cinética) para as temperaturas mais baixas (moléculas com menor energia cinética). 
A capacidade das substâncias para conduzir calor (condutividade) varia 
consideravelmente. Via de regra, sólidos são melhores condutores que líquidos e 
líquidos são melhores condutores que gases. 
As moléculas mais energéticas (maior temperatura) transmitem energia para as 
menos energéticas (menor temperatura). 
 
Na região mais quente, as partículas têm mais energia térmica, vibrando com mais 
intensidade; com essa vibração, cada partícula transmite energia para a partícula vizinha, que, ao 
receber energia, passa a vibrar com maior intensidade; esta transmite energia para a seguinte e, 
assim, sucessivamente. 
Como a transmissão do calor ocorre, por condução, mediante a transferência de energia de 
partícula para partícula, concluímos que: 
A condução de calor é um processo que necessita da presença do meio material e, portanto, não 
ocorre no vácuo. 
QUAIS MATERIAIS CONDUZEM MAIS OU MENOS O CALOR? 
Há materiais que conduzem o calor rapidamente, como por exemplo, os metais. Tais materiais são 
chamados de bons condutores. Por outro lado, há materiaisnos quais o calor se propaga muito 
lentamente. Tais materiais são chamados isolantes. Como exemplo, podemos citar a borracha, a lã, 
o isopor e o amianto. 
 A convecção térmica somente ocorre em fluídos, ou seja, líquidos e gases. Consiste 
na transferência de calor dentro de um fluído através de movimentos do próprio 
fluído. A convecção ocorre como consequência de diferenças na densidade do ar. 
Quando o calor é conduzido da superfície relativamente quente para o ar 
sobrejacente, este ar torna-se mais quente que o ar vizinho. Ar quente é menos 
denso que o ar frio de modo que o ar frio e denso desce e força o ar mais quente e 
menos denso a subir. O ar mais frio é então aquecido pela superfície e o processo é 
repetido. 
Referência Bibliográfica 
Young, Hugh D.; Freedman, Roger A.; Sears e Zemansky; Física I, Addison Wesley, São 
Paulo. 
R. Resnick, D. Halliday, e J. Merrill, Fundamentos de Física, vol. 1 Mecânica, 7a ed., LTC 
(2006). 
Disponível em: < http://www.if.ufrgs.br/cref/leila/calor.htm>. Acesso em 9 de maio de 
2016. 
Disponível em: < http://fisica.ufpr.br/grimm/aposmeteo/cap2/cap2-9.html>. Acesso em 9 de 
maio de 2016. 
Exercícios 
1. Qual o conceito físico de calor? 
 
2. Qual o significado físico de energia 
interna? 
 
3. Se um corpo recebe calor, o que acontece 
com sua energia interna? 
 
4. A temperatura de um corpo depende do 
número de partículas que o compõem? 
Justifique. 
5. Todas as substâncias sofrem a mesma 
variação de temperatura se recebem ou cede 
à mesma quantidade de calor? 
 
6. Se colocarmos pedras de gelo em um copo 
com refrigerante, como se dá a troca de 
calor: do líquido para o gelo ou vice-versa? 
Justifique. 
 
7. Dê exemplos de situações do dia-a-dia em 
que há transferência de energia na forma de 
calor? 
 
 08. Uma panela com água está sendo aquecida num fogão. O calor das chamas se transmite 
através da parede do fundo da panela para a água que está em contato com essa parede e daí para 
o restante da água. Na ordem desta descrição, o calor se transmitiu predominantemente por: 
a) radiação e convecção 
b) radiação e condução 
c) convecção e radiação 
d) condução e convecção 
e) condução e radiação 
 
09. Observe as afirmações a seguir: 
O Sol aquece a Terra por meio do processo de _____________ térmica; 
As panelas são feitas de metal porque esses materiais têm maior capacidade de 
transmissão de calor por _______________; 
Os aparelhos de ar-condicionado devem ficar na parte superior de uma sala para facilitar o 
processo de __________________. 
As palavras que completam as frases acima corretamente de acordo com os princípios 
físicos dos processos de transmissão de calor são, respectivamente: 
a) condução, convecção, irradiação; 
b) convecção, irradiação, condução; 
c) irradiação, convecção, condução; 
d) irradiação, condução, convecção; 
e) condução, irradiação, convecção. 
 
10. Calcule a capacidade térmica de um corpo que após receber 200cal de energia variou 
sua temperatura 10ºC. 
 
11. Qual a quantidade de calor que 2kg de água deve receber para que sua temperatura 
varie de 10 ºC para 60 ºC? Dados: . 
 
12. Um corpo possui massa de 500 gramas e calor específico 0,4 cal/gºC. Determine a 
quantidade de calor que o corpo deve receber para que sua temperatura varie de 5 ºC para 
35 ºC. 
13. Qual a quantidade de calor necessária para fundir 2kg de gelo a 0ºC? Dado: 
 
 
 
14. Qual a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 2kg de água de 
-10ºC para 50ºC?Dados: 
 
 
 e . 
QT=271Kcal 
15. Qual é a quantidade de calor necessária para transformar 50 g de água a 20ºC em vapor 
de água a 140ºC? 
Dados: calor específico da água = 1,0 cal/g °C 
 calor específico do vapor = 0,50 cal/g °C 
 calor latente de vaporização da água = 540cal/g