O quente na física, é definido como o energia térmica transferida sempre que objetos ou substâncias que estão em temperaturas diferentes entram em contato. Esta transferência de energia e todos os processos relacionados a ela, é o objeto de estudo da termodinâmica, um importante ramo da física..
O calor é uma das muitas formas que a energia assume e uma das mais conhecidas. Então de onde isso vem? A resposta está nos átomos e moléculas que constituem a matéria. Essas partículas dentro das coisas não são estáticas. Podemos imaginá-los como pequenas contas ligadas por molas macias, capazes de encolher e esticar com facilidade..
Desta forma, as partículas são capazes de vibrar e sua energia pode ser facilmente transferida para outras partículas e também de um corpo para outro..
A quantidade de calor que um corpo absorve ou cede depende da natureza da substância, de sua massa e da diferença de temperatura. É calculado assim:
Q = m.Ce .ΔT
Onde Q é a quantidade de calor transferida, m é a massa do objeto, Ce é o calor específico da substância e ΔT = Tfinal - Tinicial, ou seja, a diferença de temperatura.
Como todas as formas de energia, o calor é medido em joules, no Sistema Internacional (SI). Outras unidades adequadas são: ergs no sistema cgs, Btu no sistema britânico, e o caloria, um termo comumente usado para o conteúdo energético dos alimentos.
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Existem vários conceitos-chave para manter em mente:
-Calor é sobre energia em trânsito. Os objetos não têm calor, apenas o dão ou absorvem de acordo com as circunstâncias. O que os objetos têm é energia interna, em virtude de sua configuração interna.
Essa energia interna, por sua vez, é composta por energia cinética associada ao movimento vibratório e energia potencial, típica da configuração molecular. De acordo com esta configuração, uma substância irá transferir calor com mais ou menos facilidade e isso se reflete em seu calor específico Ce, o valor que foi mencionado na equação para calcular Q.
-O segundo conceito importante é que o calor é sempre transferido do corpo mais quente para o mais frio. A experiência indica que o calor do café quente sempre passa para a porcelana da xícara e do prato, ou para o metal da colher com que é mexido, nunca o contrário..
-A quantidade de calor transferido ou absorvido depende da massa do corpo em questão. Adicionar a mesma quantidade de calorias ou joules a uma amostra com massa X não aquece da mesma forma outra cuja massa é 2X.
A razão? Existem mais partículas na amostra maior e cada uma receberia, em média, apenas metade da energia da amostra menor..
A experiência nos diz que quando colocamos dois objetos em contato com temperaturas diferentes, depois de um tempo a temperatura de ambos será a mesma. Então, pode-se afirmar que os objetos ou sistemas, como também podem ser chamados, estão em Equilíbrio térmico.
Por outro lado, refletindo sobre como aumentar a energia interna de um sistema isolado, conclui-se que existem dois mecanismos possíveis:
i) Aquecê-lo, ou seja, transferir energia de outro sistema.
ii) Realizar algum tipo de trabalho mecânico nele.
Levando em consideração que a energia é conservada:
Qualquer aumento na energia interna do sistema é igual à quantidade de calor adicionada mais o trabalho realizado nele..
No âmbito da termodinâmica, este princípio de conservação é conhecido como o Primeira Lei da Termodinâmica. Dizemos que o sistema deve ser isolado, pois senão seria necessário considerar outras entradas ou saídas de energia na balança.
O calor é medido de acordo com o efeito que produz. Portanto, é o sentido do tato que informa rapidamente o quão quente ou fria está uma bebida, um alimento ou qualquer objeto. Uma vez que a transferência ou absorção de calor resulta em mudanças na temperatura, medir isso dá uma ideia de quanto calor foi transferido.
O instrumento utilizado para medir a temperatura é o termômetro, dispositivo equipado com uma escala graduada para realizar a leitura. O mais conhecido é o termômetro de mercúrio, que consiste em um fino capilar de mercúrio que se expande quando aquecido.
Em seguida, o capilar preenchido com mercúrio é inserido em um tubo de vidro com escala e colocado em contato com o corpo cuja temperatura deve ser medida até atingir o equilíbrio térmico e a temperatura de ambos ser a mesma..
Para começar, é necessário ter alguma propriedade termométrica, ou seja, que varia com a temperatura.
Por exemplo, um gás ou um líquido como o mercúrio, se expande quando aquecido, embora também sirva uma resistência elétrica, que emite calor quando uma corrente passa por ele. Em suma, qualquer propriedade termométrica que seja facilmente mensurável pode ser usada.
Se a temperatura t é diretamente proporcional à propriedade termométrica X, então você pode escrever:
t = kX
Onde k é a constante de proporcionalidade a ser determinada quando duas temperaturas apropriadas são definidas e os valores correspondentes de X. Temperaturas adequadas significa fácil obtenção no laboratório.
Uma vez que os pares foram estabelecidos (t1, X1) Y (tdois, Xdois), divida o intervalo entre eles em partes iguais, estes serão os graus.
A seleção das temperaturas necessárias para construir uma escala de temperatura é feita com o critério de que sejam fáceis de obter em laboratório. Uma das escalas mais utilizadas em todo o mundo é a escala Celsius, criada pelo cientista sueco Anders Celsius (1701-1744).
O 0 na escala Celsius é a temperatura na qual o gelo e a água líquida estão em equilíbrio a 1 atmosfera de pressão, enquanto o limite superior é escolhido quando a água líquida e o vapor d'água estão igualmente em equilíbrio e a 1 atmosfera de pressão. Este intervalo é dividido em 100 graus, cada um dos quais é chamado grau centígrado.
Essa não é a única forma de construir uma escala, longe disso. Existem outras escalas diferentes, como a escala Fahrenheit, em que os intervalos foram escolhidos com outros valores. E tem a escala Kelvin, que só tem um limite inferior: zero absoluto..
O zero absoluto corresponde à temperatura na qual todo o movimento das partículas em uma substância cessa completamente; no entanto, embora tenha chegado muito perto, ainda não foi possível resfriar qualquer substância até o zero absoluto..
Todos experimentam calor diariamente, direta ou indiretamente. Por exemplo, quando você toma uma bebida quente, ao sol do meio-dia, examinando a temperatura do motor de um carro, em uma sala lotada e em inúmeras outras situações..
Na Terra, o calor é necessário para manter os processos vitais, tanto o que vem do Sol quanto o que vem do interior do planeta..
Da mesma forma, o clima é impulsionado por mudanças na energia térmica que ocorrem na atmosfera. O calor do Sol não atinge todos os lugares igualmente, nas latitudes equatoriais ele atinge mais do que nos pólos, então o ar mais quente nos trópicos sobe e se move para o norte e para o sul, para atingir o equilíbrio térmico..
Desta forma, correntes de ar são estabelecidas em velocidades diferentes, que transportam nuvens e chuva. Por outro lado, a colisão repentina entre as frentes de ar quente e frio causa fenômenos como tempestades, tornados e furacões..
Em vez disso, em um nível mais próximo, o calor pode não ser tão bem-vindo quanto o pôr do sol na praia. O calor causa problemas operacionais em motores de automóveis e processadores de computador.
Também faz com que a energia elétrica seja perdida em cabos de condução e os materiais se expandam, razão pela qual o tratamento térmico é tão importante em todas as áreas da engenharia.
Um rótulo de doce diz que fornece 275 calorias. Quanta energia em joules é este doce?
No início, a caloria era mencionada como uma unidade de calor. Os alimentos contêm energia que geralmente é medida nessas unidades, mas as calorias da dieta são, na verdade, quilocalorias.
A equivalência é a seguinte: 1 kcal = 4186 J, e conclui-se que o doce possui:
275 quilocalorias x 4186 joule / quilocaloria = 1,15 106 J.
100 g de um metal são aquecidos a 100 ° C e colocados em um calorímetro com 300 g de água a 20 ° C. A temperatura que o sistema adquire ao atingir o equilíbrio é de 21,44 ° C. Você é solicitado a determinar o calor específico do metal, assumindo que o calorímetro não absorve calor.
Nesta situação o metal cede o calor, que chamaremos de Qrendeu e um sinal (-) é adicionado para indicar perda:
Qrendeu = mmetal .CEmetal. ΔT
Por sua vez, a água do calorímetro absorve calor, que será denominado Q absorvido:
Qabsorvido = mÁgua .CE Água . ΔT
A energia é conservada, da qual segue-se que:
Qrendeu = Qabsorvido
A partir do extrato, você pode calcular ΔT:
Metal: ΔT = Tfinal - Tinicial= (21,44 - 100) ºC = -78,56 ºC = -78,56 K.
Água: ΔT = Tfinal - Tinicial= (21,44 - 20) ºC = 1,44 ºC = 1,44 K.
Importante: 1 ºC é o mesmo tamanho que 1 Kelvin. A diferença entre as duas escalas é que a escala Kelvin é absoluta (os graus Kelvin são sempre positivos).
O calor específico da água a 20ºC é de 4186 J / kg. K e com isso o calor absorvido pode ser calculado:
Qabsorvido = mÁgua .CE Água . ΔT = 300 x 10-3 kg. 4186 J / kg. K. 1,44 K = 1808,35 J.
Para concluir, o calor específico do metal é eliminado:
CE metal = Q absorvido / -m metal . ΔT metal = 1808,35 J / - [(100 x 10-3 kg. (-78,56 K)] = 230,2 J / kg.K
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