Física: Calorimetria

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Calor

Energia térmica em trânsito motivada por uma diferença de temperatura entre corpos.

Temperatura

Grandeza física escalar que mede o grau de agitação térmica das partículas de um sistema.

Equilíbrio térmico

Estado no qual dois ou mais corpos em contato térmico atingem a mesma temperatura, cessando a troca de calor.

Caloria (cal)

Quantidade de energia térmica necessária para elevar em 1 °C a temperatura de 1 grama de água pura.

Equivalente mecânico do calor

Relação de conversão energética demonstrada por Joule, onde aproximadamente 1 caloria equivale a 4,186 joules.

Calor sensível

Calor trocado por um corpo que provoca exclusivamente variação em sua temperatura, sem alterar o estado físico.

Calor latente

Calor absorvido ou cedido por uma substância durante uma transição de fase, ocorrendo à temperatura constante.

Equação fundamental da calorimetria

Fórmula expressa por Q = m · c · ΔT, relacionando calor sensível, massa, calor específico e variação de temperatura.

Capacidade térmica (C)

Razão entre a quantidade de calor absorvida ou cedida por um corpo e a variação de temperatura decorrente (C = Q/ΔT ou C = m·c).

Calor específico sensível (c)

Quantidade de calor necessária para que 1 unidade de massa de uma substância altere sua temperatura em 1 unidade (c = C/m).

Calor específico da água líquida

Aproximadamente 1 cal/(g·°C) ou 4186 J/(kg·K), valor elevado que explica a sua grande inércia térmica.

Fórmula do calor latente

Expressão dada por Q = m · L, onde m é a massa transformada e L é o calor latente específico da substância.

Fusão

Passagem endotérmica de uma substância do estado sólido para o estado líquido.

Solidificação

Passagem exotérmica de uma substância do estado líquido para o estado sólido.

Vaporização

Passagem endotérmica do estado líquido para o estado gasoso, dividida em evaporação, ebulição ou calefação.

Condensação ou liquefação

Passagem exotérmica de vapor ou gás para o estado líquido.

Sublimação

Transição direta do estado sólido para o gasoso, ou vice-versa, sem passar pela fase líquida.

Evaporação

Vaporização lenta, espontânea e restrita à superfície livre de um líquido, em qualquer temperatura.

Ebulição

Vaporização rápida e turbulenta com formação de bolhas por todo o interior do líquido a uma temperatura específica.

Calefação

Vaporização quase instantânea quando gotas de líquido atingem uma superfície a uma temperatura muito superior à sua de ebulição.

Ponto de fusão

Temperatura fixa sob determinada pressão na qual uma substância pura coexiste em equilíbrio sólido-líquido.

Ponto de ebulição

Temperatura na qual a pressão de vapor do líquido se iguala à pressão externa aplicada sobre a superfície.

Calorímetro

Dispositivo isolado termicamente utilizado para medir as trocas de calor entre corpos inseridos em seu interior.

Calorímetro ideal

Calorímetro com paredes adiabáticas perfeitas e capacidade térmica considerada nula no balanço de calor.

Equivalente em água de um calorímetro

Massa fictícia de água que absorveria ou cederia a mesma quantidade de calor que o calorímetro para a mesma variação térmica.

Princípio das trocas de calor

Em um sistema termicamente isolado, a soma algébrica das quantidades de calor trocadas entre os corpos é igual a zero.

Condução térmica

Propagação de calor molécula a molécula por colisões sucessivas, sem transporte macroscópico de matéria, típica dos sólidos.

Lei de Fourier

Equação que determina o fluxo de calor por condução: Φ = k · A · (ΔT / e), dependente da condutibilidade, área e espessura.

Condutibilidade térmica (k)

Constante de proporcionalidade do material que mede sua facilidade inerente em conduzir calor.

Isolante térmico

Material com baixo valor de condutibilidade térmica, reduzindo significativamente a taxa de fluxo de calor.

Convecção térmica

Processo de transporte de calor associado ao deslocamento físico de massas de fluidos decorrente de diferenças de densidade.

Correntes de convecção

Movimentos circulares de fluido provocados pela subida das camadas quentes menos densas e descida das frias mais densas.

Radiação térmica

Transferência de energia via ondas eletromagnéticas (principalmente infravermelho), sem necessidade de meio material.

Corpo negro

Modelo idealizado de corpo que absorve integralmente toda a radiação eletromagnética incidente sobre ele.

Lei de Stefan-Boltzmann

Lei que estabelece que a potência irradiada por um corpo negro por unidade de área é proporcional à quarta potência da temperatura absoluta.

Garrafa térmica (frasco de Dewar)

Recipiente com paredes duplas espelhadas e vácuo intermediário projetado para minimizar condução, convecção e radiação.

Curva de aquecimento

Gráfico de temperatura em função do calor ou tempo que ilustra patamares constantes durante mudanças de estado e rampas no calor sensível.

Diagrama de fases

Gráfico de pressão versus temperatura que delimita as regiões de estabilidade dos estados sólido, líquido e gasoso de uma substância.

Ponto triplo

Condição singular de pressão e temperatura na qual os estados sólido, líquido e gasoso coexistem em equilíbrio dinâmico.

Ponto crítico

Ponto de temperatura e pressão acima do qual desaparece a distinção física entre as fases líquida e gasosa.

Fluido supercrítico

Estado da matéria existente acima do ponto crítico, combinando propriedades de difusão de gás e densidade de líquido.

Gás versus vapor

Vapor pode ser liquefeito apenas por compressão isotérmica; gás requer resfriamento abaixo de sua temperatura crítica para liquefazer.

Pressão máxima de vapor

Pressão exercida pelos vapores de uma substância quando em equilíbrio dinâmico com sua fase líquida a uma dada temperatura.

Comportamento anômalo da água

Propriedade em que a água se contrai ao ser aquecida de 0 °C a 4 °C, atingindo sua densidade máxima a 4 °C sob 1 atm.

Potência térmica

Taxa temporal de transferência ou transformação de energia térmica, calculada pela razão entre o calor trocado e o tempo gasto.

Fluxo de calor (Φ)

Quantidade de energia térmica que atravessa uma superfície por unidade de tempo (Φ = Q/Δt), medida em watts ou cal/s.

Balanço térmico

Aplicação da conservação da energia para contabilizar todas as perdas e ganhos de calor em um dado sistema.

Parede adiabática

Barreira ou fronteira impermeável à passagem de energia na forma de calor entre sistemas distintos.

Parede diatérmica

Superfície permeável que permite livre fluxo de calor através dela, possibilitando o equilíbrio térmico.

Subresfriamento

Estado metaestável em que um líquido permanece no estado líquido a uma temperatura inferior ao seu ponto normal de solidificação.

Superaquecimento

Fenômeno no qual um líquido atinge temperatura superior à de seu ponto de ebulição sem ferver, na ausência de sítios de nucleação.

Influência da pressão na ebulição

O aumento da pressão sobre o líquido eleva sua temperatura de ebulição, enquanto a diminuição da pressão a reduz.