Unidade 02: Calorimetria

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Calorimetria é um ramo da física que estuda as trocas de energia entre corpos ou sistemas quando essas trocas se dão na forma de calor.

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Aula 03​ - Calor e suas formas de propagação

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Nessa aula vamos falar um pouco sobre o calor e quais as formas que o calor pode ser transferido de um corpo para outro, ou até mesmo como o calor de propaga dentro de um sistema.

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1. Calor

 

Apesar de você usar muito essa palavra no seu dia a dia, ela não significa exatamente aquilo que talvez você esteja acostumado a entender com calor. 

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Digamos que você coloque dois corpos em contato, sendo que eles estão em temperatura diferentes. Com o passar do tempo, você provavelmente irá observar que o corpo com a temperatura mais alta esfriou um pouco, enquanto o corpo com temperatura mais baixa, se aqueceu. Mas como isso ocorreu?

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Antes de sabermos, ou tentarmos entender como isso ocorre, vamos esclarecer uma coisa: houve transferência de energia do corpo mais quente para o mais frio. Essa energia que foi transferida recebe o nome de calor.

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Assim, calor pode ser entendido como uma forma de energia (no caso térmica) que é transferia de um corpo para outro quando há diferença de temperatura entre eles. 

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Sendo assim, não está correto dizermos que um corpo está quente porque tem calor dentro dele. Os corpos não tem calor, pois calor é a transferência de energia. Assim, devem existir pelo menos dois corpos para que a transferência aconteça, e o que um corpo tem é energia térmica.

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Unidades de calor:

 

Caloria [cal] ou joule [J] (usada no S.I)

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2. Formas de propagação do calor

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A energia na forma térmica pode ser transferia de um corpo para outro de três maneiras: condução, convecção e irradiação (ou radiação).

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Condução

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A condução ocorre dentro de um corpo ou entre corpos que estão em contato físico direto. Na condução a energia cinética das moléculas é transferida por colisões entre moléculas vizinhas. O calor flui das temperaturas mais altas (moléculas com maior energia cinética) para as temperaturas mais baixas (moléculas com menor energia cinética).

 

Esse tipo de transferência de energia ocorre nos materiais sólidos e não há transporte de matéria. Num sólido a moléculas estão fortemente ligadas e quando uma recebe calor, aumenta sua energia cinética, isto é, ela começa a vibrar mais fortemente e, desta forma, todas as moléculas vizinhas começam a vibrar também e essa energia vai sendo transferida molécula a molécula. 

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Convecção

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A convecção ocorre nos fluidos (líquidos e gases). Consiste na transferência de calor através de movimentos do próprio fluído.

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Na convecção há transporte de matéria, pois as camadas mais quentes do fluido ficam menos densas e sobem, enquanto as camadas mais frias (mais densas) descem para ocupar o lugar da parte do fluido que subiu. Esse movimento se repete, pois as camadas que sobem acabam esfriando um pouco, enquanto as camadas do fluido que desceram esquentam e sobem.

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Esse tipo de transferência de calor acontece quando aquecemos uma água, por exemplo, mas também é bastante comum na atmosfera. Num dia quente, o solo transfere parte de sua energia térmica para o ar, esquentando as camadas mais baixas da atmosfera. O ar quente sobe e dá lugar ao ar mais frio, que é menos denso. Esse ar mais frio ao ficar mais próximo do solo, esquenta. Assim, o processo se repete.

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Irradiação

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Também conhecida como radiação. Consiste na transferência de energia através de ondas eletromagnéticas viajando 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.

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Nesse tipo de transferência não há transporte de matéria. Na realidade, todo corpo com temperatura acima de zero kelvin (0 K) irradia energia na forma térmica.

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Em geral, os três processos (condução, convecção e irradiação) ocorrem simultaneamente, exceto no vácuo, onde ocorre somente a irradiação. Quanto maior for a temperatura do corpo aquecido, maior será a quantidade de calor transmitida por radiação.

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 A radiação térmica ao incidir em um corpo tem uma parte absorvida e outra refletida pelo corpo. Corpos escuros absorvem grande parte da radiação que incide sobre eles, enquanto os mais claros refletem quase totalmente a radiação térmica incidente.

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Abaixo, uma imagem ilustrando como os três processos podem ocorrer simultaneamente:

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