Calor latente: o que é, fórmula e como calcular

O que é um Calorímetro? O que é uma superfície adiabática? O que é e quando uso o calor latente de um corpo? Como podemos resolver exercícios de equilíbrio térmico com dois ou mais corpos? Use QUEMACETE e QUEMOLE!

Veja nesta aula o conceito de calor latente, entenda os princípios da transmissão de calor, como é o funcionamento de um calorímetro e sua importância nos exercícios sobre trocas de calor. Você vai aprender que o equilíbrio térmico é algo sempre esperado quando se têm dois ou mais corpos em contato com temperaturas diferentes. E, no final deste resumo, você entenderá a importância do calor latente no processo de troca de calor.

O que é o calorímetro

Para medir a capacidade térmica de um corpo ou calor específico da substância que o compõe, usa-se um instrumento denominado calorímetro. O calorímetro é um recipiente feito com material isolante térmico, dentro do qual ocorrem trocas de calor sem haver perdas muito significativas para o meio externo.

Suas paredes externas são feitas de isopor, para impedir a perda de calor por condução e internamente ele é espelhado impedindo a perda por irradiação.

Publicidade

Uma vez que o calorímetro é termicamente isolado, podemos assumir que a quantidade de calor que um corpo ou substância ganha é igual à quantidade que o outro recebe. Ou seja, em um sistema termicamente isolado não há perdas de calor para o meio externo, de modo que a soma do calor recebido com o calor fornecido em seu interior é nula.

Transformação adiabática

Outra palavra muito importante para você saber e guardar é a palavra adiabática, pois ela sempre aparece em problemas de vestibulares e no Enem em Ciências da Natureza. A palavra adiabática vem do grego e significa impenetrável. Em ciências, ela é usada como sinônimo de que não houve perda de calor através dela.

Por exemplo, uma transformação adiabática se refere a mudanças de fase sem que ocorra troca de calor com o meio externo. É nesse contexto que surgem os problemas de trocas de calor e equilíbrio térmico.

Trocas de calor em um calorímetro ideal

Em um ambiente termicamente isolado, como num calorímetro ideal, não ocorre perda de calor para o meio externo. Num calorímetro real, sempre ocorre alguma perda. Pequena, mas ocorre!

Em um calorímetro ideal é válida a seguinte equação:

calorímetro ideal fórmula

Agora, suponha que no interior desse calorímetro estejam os corpos A, B, C e D, todos em contato entre si. Podemos escrever a seguinte equação:

Sendo QA a quantidade de calor cedida ou recebida pelo corpo A e assim para os outros também.

E você já sabe que a quantidade de calor cedido ou recebido por um corpo é calculada através da equação fundamental da calorimetria, lembra do “QUEMACETE”?

Q = m . c . ∆T

Exercício resolvido

Considere que 100 g de certa substância x inicialmente a 80 oC foram misturadas a 1000 g de água (cujo calor especifico vale 1 cal/g. oC) a 20 oC dentro de um calorímetro ideal. Ao final do processo, a temperatura final da mistura é 30 oC. Determine o calor especifico dessa substancia a 80 oC inicialmente.

Resolução:

Partimos da expressão do equilíbrio térmico:

Em seguida abrimos usando a equação fundamental da calorimetria, o QUEMACETE:

Qágua = mágua . cágua . ∆Tágua e Qx = mx . cx. ∆Tx

Ah, lembre-se de que ∆T = Tfinal – Tinicial

Agora, substituímos os valores na expressão do equilíbrio térmico:

cálculo do equilíbrio térmico

Portanto o calor específico da substância x é 2 cal/g.oC

E quando um ou mais corpos estiverem em estados diferentes da matéria, por exemplo, gelo e água, como resolvemos? Aí temos que aprender antes dois novos conceitos: o que acontece com a temperatura de um corpo durante sua mudança de fase e o calor latente de um corpo.

Bom, vamos lá!

Calor latente

Quando um corpo recebe calor, sua a temperatura é elevada até o momento em que sua estrutura interna começa a passar por alterações, resultando em uma mudança de fase. A partir do momento em que começa a mudar de fase, sua temperatura não se altera, ficando constante até que ele mude completamente.

Por exemplo, a água, ao nível do mar, começa a ferver a 100 oC e não passa desse valor até evaporar completamente. Até aqui, ok? Vamos então para calor latente!

O calor que um corpo recebe durante sua mudança de fase recebe o nome de calor latente. Ele depende da substância da qual ele é composto e de sua quantidade de massa também.

Quando falamos que o calor latente de fusão (e indicamos por Lf) de certa substância é 50 cal/g significa que, para fundir 1 grama dessa substancia, é necessário 50 calorias. E se, essa substância tiver massa de 200g, a quantidade de calor necessária para fundi-la será 50 vezes 200, ou seja, 1000 calorias.

Fórmula da quantidade de calor latente

Dessa forma, definimos a quantidade de calor necessária a um corpo durante sua mudança de fase através da seguinte expressão:

Q = m . L → “QUEMOLE”

Sendo m a massa e L o valor do calor latente por unidade de grama.

Exercício resolvido sobre calor latente

Vamos ver um exemplo envolvendo isso que acabamos de falar.

Determine a quantidade de calor necessária para provocar a fusão total de um bloco de 200 g de gelo que está á temperatura inicial de –10o Use 80 cal/g para o calor latente de fusão e 0,50 cal/g.oC para o calor específico do gelo.

Resolução:

Primeiro vamos calcular a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura do gelo de –10 oC até 0 oC, recorrendo ao “QUEMACETE

Q = 200 . 0,5 . ( 0 – (-10) )

Q = 200 . 0,5 . 10

Q = 1000

Portanto, a quantidade de calor necessária para elevar o gelo até 0 oC é 1000 calorias.

Agora vamos calcular o calor latente necessário à mudança de fase do gelo que já está a 0 oC usando o “QUEMOLE”

Q = 200 . 80 = 16000 cal

Concluindo o exercício, a quantidade de calor necessária para provocar a fusão completa no bloco de gelo de 200g é a soma de 1000 cal com 16000 cal, 17000 cal.

Fórmulas de calorimetria

fórmulas de calorimetria

 

Videoaula sobre calor latente

Exercícios resolvidos

Questões sobre calor latente

.

Sobre o(a) autor(a):

Rodinei Pachani é mestre em Geofísica pela USP-SP, com licenciatura plena em matemática, possui pós-graduação em Gerência Financeira e especialização em Estatística Aplicada. Possui experiência de mais de 28 anos em sala de aula, tendo trabalhado com ensino médio, cursinhos e Faculdades. É autor do livro “Ciência ao alcance de todos” e possui um canal no YouTube onde realiza experimentos, explica conteúdos e resolve exercícios de física.

Compartilhe: