O que é calorimetria

Antes de medir qualquer coisa, responda: o que é calor, afinal? Não é algo que o corpo guarda dentro de si. Calor é energia em trânsito. Ele só existe enquanto está passando de um corpo para outro, e só passa porque existe diferença de temperatura entre eles. Encoste um corpo quente num corpo frio e a energia flui. As temperaturas se igualaram? Acabou o fluxo.

E temperatura? É a medida de quão agitadas estão as partículas. Um corpo que recebe calor fica com as partículas mais agitadas. Um corpo que cede calor, o contrário. O trabalho da calorimetria é colocar número nisso: quanta energia passou de um lado para o outro.

Na prática, todo exercício começa com a mesma decisão. O calor que entrou (ou saiu) mudou a temperatura do corpo, ou mudou o estado físico dele? Responda isso e você já sabe qual dos dois tipos de calor está em jogo.

Calor não é o mesmo que temperatura. Temperatura mede o quão agitadas estão as partículas. Calor é a energia que flui quando dois corpos a temperaturas diferentes se encontram.

Calor sensível x calor latente

Existem dois tipos de calor em calorimetria, e saber qual está em jogo é metade da resolução.

Calor sensível muda a temperatura do corpo sem mudar o estado físico. A água de 20 °C que vira água de 60 °C recebeu calor sensível. O termômetro sobe.

Calor latente muda o estado físico sem mudar a temperatura. O gelo a 0 °C que vira água a 0 °C recebeu calor latente. O termômetro fica parado enquanto o gelo derrete.

CaracterísticaCalor sensívelCalor latente
O que mudaa temperaturao estado físico
Temperatura no processovariafica constante
FórmulaQ=m⋅c⋅ΔTQ=m⋅L
Exemploágua de 20 a 60 °Cgelo a 0 °C virando água a 0 °C

A regra de decisão é direta: se a temperatura está mudando, é sensível. Se há mudança de estado, é latente.

Equação fundamental da calorimetria

Quando o calor só muda a temperatura, a quantidade trocada é dada pela equação fundamental:

Calor sensível
Q=m⋅c⋅ΔT

Q positivo é calor recebido; Q negativo é calor cedido. O c é o calor específico da substância.

O calor específico diz quanta energia cada material exige por grau. A água tem c=1 cal/g°C, um valor alto, e por isso demora a esquentar e a esfriar.

Entenda o calor específico: tabela de valores e a diferença para capacidade térmica

Calor latente e mudanças de estado

Quando o corpo muda de estado, fusão, vaporização e seus inversos, a temperatura fica constante e o calor é calculado por:

Calor latente
Q=m⋅L

L é o calor latente de cada mudança. Para a água: fusão 80 cal/g, vaporização 540 cal/g.

Derreter 1 g de gelo custa 80 cal, e essas calorias não aparecem como aumento de temperatura: vão para quebrar a estrutura do gelo, não para agitar mais as partículas.

O patamar é a assinatura do calor latente. Se a temperatura para de subir mesmo com a chama ligada, é porque a substância está mudando de estado.

Trocas de calor e equilíbrio térmico

Junte corpos a temperaturas diferentes num recipiente isolado e eles trocam calor até chegar a uma temperatura comum, o equilíbrio térmico. O corpo mais quente cede, o mais frio recebe, e o que sobra de um é o que falta no outro. É um balanço: a soma de todos os calores trocados é zero.

Equilíbrio térmico
∑Q=0

O calor cedido (negativo) anula o calor recebido (positivo). Nenhuma energia some, ela só muda de dono.

O recipiente que mantém o sistema isolado é o calorímetro. Num problema ideal ele não troca calor com o ambiente. Em problemas mais completos, o próprio calorímetro tem capacidade térmica e entra na conta.

Exercícios resolvidos: calorimetria

Conhecer as fórmulas é diferente de saber qual usar. Três exercícios em dificuldade crescente, cada um com a mesma rotina: identificar o tipo de calor → montar → calcular → conferir.

Exemplo 1. Básico: calor sensível puro

🪖 BásicoAplicar Q = m·c·ΔT

Quanto calor é preciso para aquecer 300 g de água de 25 °C a 75 °C? Use c=1 cal/g°C.

  1. Tipo: a temperatura muda, sem mudança de estado, então é calor sensível.
  2. Dados: m=300 g, c=1 cal/g°C, ΔT=75−25=50 °C.
  3. Substituir: Q=300⋅1⋅50=15000 cal.
Calor necessário: Q=15000 cal=15 kcal

Verificação: Q positivo, coerente com aquecimento. Confere.

Exemplo 2. Intermediário: temperatura de equilíbrio

🪖🪖 IntermediárioMontar o balanço ΣQ = 0

Misturam-se 200 g de água a 80 °C com 300 g de água a 20 °C num calorímetro ideal. Qual a temperatura de equilíbrio?

  1. Tipo: só calor sensível. Use ∑Q=0.
  2. Montar: 200(T−80)+300(T−20)=0.
  3. Resolver: 200T−16000+300T−6000=0⇒500T=22000.
  4. Isolar: T=44 °C.
Temperatura de equilíbrio: T=44 °C

Verificação: 44 °C está entre 20 e 80, mais perto do lado de maior massa (a água fria, de 300 g). Confere.

Exemplo 3. Avançado: sensível mais latente (estilo ENEM)

🪖🪖🪖 AvançadoSomar as etapas do processo

Quanto calor é preciso para transformar 50 g de gelo a 0 °C em água a 20 °C? Use Lfusa˜o=80 cal/g e c=1 cal/g°C.

  1. Etapa 1, fusão (latente): Q1=m⋅L=50⋅80=4000 cal.
  2. Etapa 2, aquecimento (sensível): Q2=m⋅c⋅ΔT=50⋅1⋅20=1000 cal.
  3. Somar: Q=Q1+Q2=4000+1000=5000 cal.
Calor total: Q=5000 cal

Verificação: a maior parte do calor (4000 das 5000 cal) foi gasta só para derreter o gelo, sem subir a temperatura. É a marca do calor latente. Confere.

O que mais derruba aluno não é a conta, é esquecer uma etapa. Sempre que houver mudança de estado no caminho, o problema tem mais de uma parcela de calor para somar.

Erros clássicos e pegadinhas de prova

A montagem é o que derruba, não a aritmética. Os três erros mais comuns em correção:

  1. 01

    Esquecer o calor latente na mudança de estado

    Quando o problema atravessa uma fusão ou uma vaporização, não basta Q=m⋅c⋅ΔT. Falta a parcela Q=m⋅L.

    Como evitar: desenhe o caminho de temperatura e marque cada patamar de mudança de estado.
  2. 02

    Errar o sinal nas trocas de calor

    No balanço ∑Q=0, o corpo quente cede (calor negativo) e o frio recebe (calor positivo). Inverter leva a uma temperatura fora do intervalo.

    Como evitar: confira se a temperatura final ficou entre as duas iniciais.
  3. 03

    Usar o calor específico durante a mudança de estado

    Enquanto o gelo derrete, a temperatura não muda, então ΔT=0 e Q=m⋅c⋅ΔT daria zero, o que é falso. Ali quem manda é Q=m⋅L.

    Como evitar: c vale fora dos patamares, L vale dentro deles.

Perguntas frequentes sobre calorimetria

O que é calorimetria?

É a parte da Física que mede a quantidade de calor trocada entre os corpos, incluindo mudanças de temperatura e de estado. Ver o conceito.

Qual a diferença entre calor sensível e calor latente?

O sensível muda a temperatura sem mudar o estado (Q=m⋅c⋅ΔT). O latente muda o estado sem mudar a temperatura (Q=m⋅L). Ver a comparação.

Qual é a equação fundamental da calorimetria?

É Q=m⋅c⋅ΔT, que calcula o calor sensível quando a temperatura varia. Ver a equação.

O que é calor latente?

É o calor por unidade de massa para mudar o estado físico sem variar a temperatura. Na água, 80 cal/g na fusão e 540 cal/g na vaporização. Ver calor latente.

Por que a temperatura não muda durante a mudança de estado?

Porque toda a energia recebida é usada para reorganizar a estrutura da substância, não para agitar mais as partículas. Por isso o gráfico tem patamares. Ver o gráfico de aquecimento.

O que é um calorímetro?

É o recipiente isolado onde se medem as trocas de calor, feito para não trocar energia com o ambiente. Ver trocas de calor.

Continue aprendendo: Termodinâmica passo a passo

Calor específico

Por que a água demora a esquentar.