Qual tipo de calor é responsável pela mudança do estado físico?

Índice

Introdução

Quando avaliamos o processo de aquecimento ou resfriamento de uma substância pura em um laboratório, podemos construir um gráfico do comportamento da temperatura ao longo do tempo.

O gráfico é apresentado na figura a seguir para uma substância hipotética, onde \(T_{F}\)  e \(T_{E}\) representam a temperatura de fusão e a temperatura de evaporação, respectivamente.

Verificamos, pelo gráfico, que a situação de variação de temperatura e de mudança de fase é muito bem definida: quando ocorre a mudança de fase a temperatura é mantida constante até a completa transformação de fase. Deste modo, é intuitivo imaginar um modelo físico em que o comportamento do fluxo de calor é muito bem definido para a variação de temperatura e para sua mudança de fase. As grandezas físicas que representam cada um desses comportamentos são chamadas, respectivamente, de calor específico e calor latente.

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Calor Específico

Quando uma substância é exposta a uma fonte de calor e sua única manifestação é a variação de sua temperatura, a grandeza física calor específico representa a quantidade de calor que essa substância precisa receber por unidade de massa para variar uma unidade de temperatura.

O calor específico \(c_{e}\)  tem unidades \(J/g.^\circ C\).

Portanto, o calor total que é transferido para o sistema é dado por:

$$Q = m.c_{e}.\Delta T$$

Uma vez que:

• Q é a quantidade de calor recebida ou transferida pela substância.
• m é a quantidade de massa em gramas.
• \Delta T é a variação de temperatura da substância.

É mais comum encontrar o calor específico nas unidades de \(cal/g.^\circ C\)

Mas basta lembrar que \(1 \, cal = 4,2 \, J\) para fazer a conversão de unidades.

A quantidade de calor \(Q\) responsável pela variação de temperatura é chamada de calor sensível.

Na tabela abaixo, é possível encontrar alguns valores para o calor específico de algumas substâncias.

Alguns fatores podem influenciar no valor do calor específico, são eles:

• Quanto maior a força de ligação entre as moléculas, mais difícil é de se atingir transformações no material, logo, substâncias com maiores forças intermoleculares apresentam maiores calores específicos.
• Impurezas no material alteram o valor do calor específico. Por isso, para fazer alguma análise das trocas de calor é preciso levar em consideração todos os elementos presentes.

Calor Latente

Quando a substância é sujeita a uma transformação de fase, a temperatura se mantém constante, assim, a única manifestação das trocas de calor é a mudança de estado. Portanto, o calor latente representa a quantidade de calor para haver mudança de fase de uma unidade de massa da substância.

Logo, a quantidade total de calor pode ser escrita como:

$$Q = m.L$$

• Q é a quantidade de calor recebida ou fornecida.
• m é a quantidade de massa em gramas.
• L é o calor latente para determinada mudança de estado.

É importante observar que, para cada mudança de fase, o valor da grandeza L vai ser diferente. Por isso, L é comumente identificado como calor latente de fusão, ou calor latente de sublimação, calor latente de evaporação etc.

A unidade mais usada para L é cal/g. Abaixo, são apresentados alguns valores para o calor latente de fusão, de vaporização e seu ponto de fusão e de ebulição.

Capacidade Térmica

Uma outra grandeza comumente utilizada para definir a variação de temperatura de um corpo quando este é submetido a uma fonte de calor é a capacidade térmica, que é definida como a quantidade de calor que uma substância precisa para variar uma unidade de temperatura, logo:

$$Q = C.\Delta T$$

Mas, utilizando calor específico, temos que: 

\(Q = m.c_{e}.\Delta T \Rightarrow  C = m.c_{e}\)

Portanto, a capacidade térmica pode ser entendida como uma grandeza derivada do calor específico. 

Fórmulas

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