Calorimetria
1. Energia Térmica
Todo corpo é formado de partículas. Essas partículas estão constantemente em agitação, provocada por uma energia nelas existente.
A energia cinética média associada a uma partícula é que determina seu estado de agitação, definindo a temperatura do corpo.
O somatório das energias de agitação das partículas é a energia térmica do corpo.
É importante notar que esse somatório de energias depende da energia de agitação de cada partícula (da temperatura) e do número de partículas que o corpo possui (da massa do corpo).
2. Calor e Equilíbrio Térmico
Quando dois corpos em temperaturas diferentes são colocados em contato térmico, espontaneamente, há transferência de energia térmica do corpo de maior para o de menor temperatura. Dessa forma, a temperatura do “mais quente" diminui e do “mais frio" aumenta até que as duas se igualem. Nesse ponto cessa a troca de energia térmica. Dizemos que foi atingido o equilíbrio térmico e a temperatura comum é denominada temperatura final de equilíbrio térmico.
Observemos que a causa de terminante da passagem de energia térmica de A para B foi a diferença de temperaturas e que, quando as temperaturas se igualaram, cessou a passagem de energia térmica.
A energia térmica que passa de A para B recebe, durante a passagem, a denominação de calor.
Portanto, calor é energia térmica em trânsito de um corpo para outro, motivada por uma diferença de temperaturas existente entre eles.
3. Calor Sensível e Calor Latente
Colocando-se um pedaço de ferro na chama de uma vela, observamos que o calor fornecido pela chama provoca uma variação de temperatura (aquecimento) no ferro.
Colocando-se um pedaço de gelo na chama da vela, notamos que o calor fornecido pela chama provoca uma mudança de estado (fusão) no gelo.
Portanto, quando um corpo recebe ou cede calor, este pode produzir no corpo dois efeitos diferentes: variação de temperatura ou mudança de estado.
Se o efeito no corpo for apenas variação de temperatura, o calor é chamado calor sensível.
Se o efeito no corpo for apenas mudança de estado, o calor é chamado calor latente.
Assim, nas considerações acima, o calor recebido pelo ferro é sensível e o recebido pelo gelo é latente.
Por exemplo, se colocarmos um pedaço de ferro aquecido na cavidade feita num bloco de gelo a 0°C, verificaremos o resfriamento do ferro e a fusão de parte do gelo. O ferro, mais quente, cede calor ao gelo. Esta quantidade de calor cedida pelo ferro provocou nele um resfriamento, sendo calor sensível. A mesma quantidade de calor ao ser recebida pelo gelo provoca nele uma fusão, sendo, pois, chamado de calor latente.
O calor latente será alvo de estudo no próximo capítulo.
4. Capacidade Térmica (C) e Calor Específico Sensível (c)
Suponhamos que um corpo A de massa m receba uma quantidade de calor sensível Q, que lhe provoca o aquecimento Dq.
Por definição, a capacidade térmica ou capacidade calorífica de um corpo representa a quantidade de calor necessária para variar sua temperatura de uma unidade.
| Unidade usual: cal/°C |
Por definição, o calor específico sensível de uma substância corresponde à capacidade térmica por unidade de massa desta.
 |
5. Cálculo da Quantidade de Calor Sensível
Da definição de calor específico sensível, temos:
Q = m c   |
Esta relação é denominada Equação Fundamental da Calorimetria.
6. Caloria – Calor Específico Sensível da Água
Por definição, chama-se caloria a quantidade de calor necessária para aquecer 1,0g de água pura de 14,5°C a 15,5°C, sob pressão normal. Assim, temos:
Usando-se a equação fundamental da Calorimetria, para um grama de água, vem:
Q = m c 
1,0 cal = 1,0g . cágua . 1,0°C
Portanto:
 |
Resulta, pois, que o calor específico da água, no intervalo de temperatura de 14,5°C a 15,5°C, vale 1,0 cal/g°C.
De forma geral, costumamos utilizar esse valor (1,0 cal/g°C) do calor específico da água como constante no intervalo de 0°C a 100°C.
7. Balanço Energético
Consideramos vários corpos em temperaturas diferentes, colocados em contato térmico, constituindo um sistema termicamente isolado (sistema que não troca calor com o meio externo).
Como estão em temperaturas diferentes, eles trocam calor entre si, até atingirem o equilíbrio térmico.
Mas, como o sistema é termicamente isolado, isto é, como ele não troca energia térmica com o meio externo, sua energia térmica total permanece constante.
Logo, a soma das quantidades de calor cedidas por uns é igual à soma das quantidades de calor recebidas pelos demais.
| S Qcedida = S Qrecebida |
Se convencionarmos:
Calor recebido: Q > 0
Calor cedido: Q < 0
a expressão acima se transforma em:
| S Qtrocada = 0 |
Exemplo
Sistema termicamente isolado.
| |Qa + Qb| | = | |Qc + Qd + Qe| |
 |  | |
| cedido | recebido |
Pela convenção adotada, temos Qa e Qb negativos e QC, Qd e Qe positivos, de tal forma que:
| Qa + Qb + Qc + Qd + Qe = 0 |
8. Equivalente em Água
No equacionamento das quantidades de calor trocadas entre corpos pertencentes a um mesmo sistema, pode-se usar um artifício que facilitará a obtenção do resultado final. Apenas na equação pode-se substituir o calor trocado por um determinado corpo pelo calor trocado por uma massa de água equivalente a ele nas trocas de calor, isto é, pela massa de água que tem a mesma capacidade térmica do corpo:
CCorpo= Cágua
| (MC)corpo = E . Cágua |
em que E é a massa de água que realiza as mesmas trocas de calor que o corpo.
A massa de água E é denominada equivalente em água do corpo.
Exercícios Propostos – Calorimetria
1. (FASM-2018-MODELO ENEM) – O gráfico mostra a temperatura T em função do tempo t de um material homogêneo de 500g, enquanto ele é aquecido por uma fonte absorvendo 200 cal/min.
É correto afirmar que o calor específico sensível do material é em cal/g°C
a) 0,20
b) 0,24
c) 0,30
d) 1,0
e) 1,5
2. (PUC-RJ-2018-MODELO ENEM) – Para fazer seu chimarrão, uma pes soa esquenta 1 litro de água à temperatura inicial de 25°C utilizando um aquecedor elétrico. A água alcança a temperatura ideal de 85°C após 6,0 minutos.
A potência desse aquecedor, vale
a) 167W
b) 252W
c) 700W
d) 992W
e) 4200W
| Dados Densidade da água: 1,0g/ml Calor específico sensível da água: 1,0 cal/g°C  4,2 J/g°CDespreze perdas de calor ao ambiente |
3. (FEMA-2018-MODELO ENEM) – Dentro de um calorímetro ideal são colocadas massas iguais de dois líquidos, A e B, inicialmente nas temperaturas de 60°C e 20°C, respectivamente. Depois de trocarem calor apenas entre si, A e B atingem uma temperatura de equilíbrio térmico que se mantém constante. No gráfico, representa-se a maneira pela qual as temperaturas desses líquidos variaram em função do calor trocado por eles desde o instante em que iniciaram a troca de calor até o equilíbrio térmico ser atingido.
Desprezando-se todas as perdas de calor e sendo CA e CB os calores específicos sensíveis dos líquidos A e B, a razão 
é igual a
a) 
b) 
c) 
d) 
e) 
4. (SÃO CAMILO-2018) – Três substâncias, A, B e C, constituídas de materiais diferentes e de massas respectivamente iguais a 2,0kg, 10,0kg e 5,0kg, possuíam a mesma capacidade térmica. Essas substâncias foram utilizadas para confeccionar recipientes com a mesma massa m e, em seguida, receberam a mesma quantidade de calor, fazendo-os sofrer aumentos de temperatura respectivamente iguais a 
tA, tB e tC.
Assinale a alternativa que indica a correta relação entre esses aumentos de temperatura.
a) tA > tC > tB
b) tC > tA > tB
c) tA = tB = tC
d) tB > tA > tC
Gabarito -Calorimetria
1. RESOLUÇÃO:
2. RESOLUÇÃO:
3. RESOLUÇÃO:
4. RESOLUÇÃO:
As igualdades das capacidades térmicas e das massas permitem a comparação dos calores específicos sensíveis:
CA = CB = CC
mAcA = mBcB = mCcC
2,0cA = 10,0cB = 5,0cC
cB = 0,20cA cC = 0,40cA
De acordo com os cálculos que se seguem, a variação de temperatura t é inversamente proporcional ao calor específico sensível c:
Exercícios Propostos
1. (UNICAMP-2018-MODELO ENEM) – Um conjunto de placas de aquecimento solar eleva a temperatura da água de um reservatório de 500 litros de 20°C para 47°C em algumas horas. Se no lugar das placas solares fosse usada uma resistência elétrica, quanta energia elétrica seria consumida para produzir o mesmo aquecimento?
a) 15 kWh.
b) 26 kWh.
c) 40.000 kWh.
d) 54.000 kWh.
e) 60.000kWh.
Adote 1,0 kg/litro para a densidade e 4,0 kJ/(kg.°C) para o calor específico sensível da água. Além disso, use 1 kWh = 103 W x 3.600 s = 3,6 x 106J.
2. 
2018 – As especificações de um chuveiro elétrico são: potência de 4000W, consumo máximo mensal de 21,6kWh e vazão máxima de 3,0/min. Em um mês, durante os banhos, esse chuveiro foi usado com vazão máxima, consumindo o valor máximo de energia especificado. O calor específico sensível da água é de 4200J/kg°C e sua densidade é igual a 1,0kg/.
A variação da temperatura da água usada nesses banhos foi mais próxima de
a) 16°C
b) 19°C
c) 37°C
d) 57°C
e) 60°C
3. (UNIVAG-2018-MODELO ENEM) – A água para refrigeração da usina nuclear Angra 1 é captada do mar e, após circular pelos condensadores com uma vazão de 40m3/s, é devolvida a ele. Nesse processo de remoção de calor, a água retorna ao mar com temperatura 8,0°C superior à temperatura de captação.
(www.eletronuclear.gov.br. Adaptado.)
Considerando-se a densidade da água do mar 1,0 . 103kg/m3 e seu calor específico sensível 4,0 . 103J/(kg.°C), a quantidade de calor por unidade de tempo removida da usina de Angra 1 por esse processo é
a) 1,28 . 107J/s.
b) 6,40 . 107J/s.
c) 8,00 . 107J/s.
d) 6,40 . 108J/s.
e) 1,28 . 109J/s.
4. (UNICAMP-2018-VAGAS REMANESCENTES-MODELO ENEM) – O pingado é uma forma tradicional de servir café com leite, consistindo em adicionar um pouco de leite a uma xícara de café. Considere que um pingado é preparado com 31m
de café a uma temperatura de 80°C, ao qual são adicionados 10m de leite integral a uma temperatura de 8°C. Qual a temperatura final da bebida? (Caso necessário, use: calor específico sensível do café: 1,0 cal/g°C, calor específico sensível do leite: 0,9 cal/g°C. Considere a densidade do leite igual à densidade do café = 1,0 g/m.)
a) 44,0°C.
b) 47,2°C.
c) 63,8°C.
d) 65,8°C.
e) 70,0°C.
Gabarito
1. RESOLUÇÃO:
2. RESOLUÇÃO:
3. RESOLUÇÃO:
4. RESOLUÇÃO:
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