Calor latente: veja o que é, a fórmula e como calcular

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.

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.

Introdução ao Calor Latente

Veja agora com o professor Marcelo, do canal do Curso Enem Gratuito, um resumo para você gabaritar nas questões de Calor Latente. No final da aula tem outro vídeo com exercícios resolvidos.

Não esqueça: no final da aula têm exercícios resolvidos para você.

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:

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 Q_A 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:

Q_água = m_água . c_água . ∆T_água e Q_x = m_x . c_x. ∆T_x

Ah, lembre-se de que ∆T = T_final – T_inicial

Agora, substituímos os valores na expressão 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 L_f) 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 –10^o 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

Exercício resolvido de calor latente

Questões sobre calor latente

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Sumário do Quiz

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Perguntas:

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2. 2
3. 3
4. 4
5. 5
6. 6
7. 7
8. 8
9. 9
10. 10

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1. Respondido
2. Revisão

1. Pergunta 1 de 10

   1. Pergunta

   (FUVEST SP/2019)

   Note e adote:
   calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g;
   calor específico do gelo = 0,5 cal/g ºC;
   calor específico da água = 1,0 cal/g ºC.

   Em uma garrafa térmica, são colocados 200 g de água à temperatura de 30 ºC e uma pedra de gelo de 50 g, à temperatura de –10 ºC. Após o equilíbrio térmico,

   • todo o gelo derreteu e a temperatura de equilíbrio é 7 ºC.
   • todo o gelo derreteu e a temperatura de equilíbrio é 0,4 ºC.
   • todo o gelo derreteu e a temperatura de equilíbrio é 20 ºC.
   • nem todo o gelo derreteu e a temperatura de equilíbrio é 0 ºC.
   • o gelo não derreteu e a temperatura de equilíbrio é –2 °C.
   Correto
   

   Parabéns, resposta correta! Siga com o simulado.

   Incorreto
   

   A resposta está incorreta. Veja uma revisão nesta aula e continue se preparando para o Enem e vestibulares!todo o gelo derreteu e a temperatura de equilíbrio é 7 ºC.
2. Pergunta 2 de 10

   2. Pergunta

   (PUC RS/2019)

   Uma massa de água no estado sólido, inicialmente à temperatura de –10 ºC, é aquecida até atingir a temperatura final de 80 ºC. Considere que todo o processo tenha ocorrido à pressão constante de 1,0 atm e que essa massa de água tenha recebido um total de 16500 cal para o processo térmico. Sem levar em conta os efeitos de sublimação do gelo para temperaturas abaixo de 0 ºC, assuma que o valor para o calor específico do gelo seja de 0,5 cal/g ºC, que o calor específico da água seja 1,0 cal/g ºC e que o calor latente de fusão do gelo seja de 80,0 cal/g.

   Nesse caso, a massa de água aquecida, em gramas, durante o processo é de

   • 100
   • 200
   • 300
   • 400
   Correto
   

   Parabéns, resposta correta! Siga com o simulado.

   Incorreto
   

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3. Pergunta 3 de 10

   3. Pergunta

   (FGV/2019)

   No que diz respeito às grandezas físicas inerentes aos fenômenos térmicos, assinale a alternativa correta.

   • O calor latente é uma propriedade de cada corpo e varia com o estado físico do corpo.
   • A capacidade térmica é uma propriedade de cada substância ou material e independe do estado físico da substância ou material.
   • O calor específico é uma propriedade de cada substância ou material e varia com o estado físico da substância ou material.
   • A capacidade térmica e o calor latente são propriedades de cada substância e dependem do estado físico em que se encontra a substância.
   • A capacidade térmica e o calor específico são propriedades de cada corpo e independem do estado físico em que se encontra o corpo.
   Correto
   

   Parabéns, resposta correta! Siga com o simulado.

   Incorreto
   

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4. Pergunta 4 de 10

   4. Pergunta

   (UFRGS/2018)

   Uma quantidade de calor Q = 56.100,0 J é fornecida a 100 g de gelo que se encontra inicialmente a –10 ºC.

   Sendo
   o calor específico do gelo cg = 2,1 J/(gºC),
   o calor específico da água ca = 4,2 J/(gºC) e
   o calor latente de fusão CL = 330,0 J/g,
   a temperatura final da água em ºC é, aproximadamente,

   • 83,8.
   • 60,0.
   • 54,8.
   • 50,0.
   • 37,7.
   Correto
   

   Parabéns, resposta correta! Siga com o simulado.

   Incorreto
   

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5. Pergunta 5 de 10

   5. Pergunta

   (PUCCAMP SP/2017)

   Um chef de cuisine precisa transformar 10 g de gelo a 0 ºC em água a 40 ºC em 10 minutos. Para isto utiliza uma resistência elétrica percorrida por uma corrente elétrica que fornecerá calor para o gelo. Supondo-se que todo calor fornecido pela resistência seja absorvido pelo gelo e desprezando-se perdas de calor para o meio ambiente e para o frasco que contém o gelo, a potência desta resistência deve ser, em watts, no mínimo, igual a:
   Dados da água:
   Calor específico no estado sólido: 0,50cal/gºC
   Calor específico no estado líquido: 1,0 cal/gºC
   Calor latente de fusão do gelo: 80cal/g
   Adote 1 cal = 4 J

   • 4.
   • 8.
   • 10.
   • 80.
   • 120.
   Correto
   

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   Incorreto
   

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6. Pergunta 6 de 10

   6. Pergunta

   (UNCISAL AL/2017)

   Os oceanos e a atmosfera são considerados reservatórios térmicos naturais: para variar sua temperatura é preciso uma quantidade muito grande de calor. Por conta disso, eles são os principais responsáveis por manter as variações de temperatura no planeta mais amenas e suportáveis para a vida. Na superfície da Lua, por exemplo, onde não existem oceanos e a atmosfera é extremamente rarefeita, a temperatura em sua superfície varia de –173,1 ºC a 116,9 ºC. Qual característica física dos oceanos e da atmosfera possibilita essa propriedade?

   • Calor latente elevado.
   • Ponto de ebulição alto.
   • Condução térmica baixa.
   • Calor específico elevado.
   • Capacidade térmica elevada.
   Correto
   

   Parabéns, resposta correta! Siga com o simulado.

   Incorreto
   

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7. Pergunta 7 de 10

   7. Pergunta

   (UFRGS/2017)

   Quando se fornece calor a uma substância, podem ocorrer diversas modificações decorrentes de propriedades térmicas da matéria e de processos que envolvem a energia térmica.

   Considere as afirmações abaixo, sobre processos que envolvem fornecimento de calor.

   I. Todos os materiais, quando aquecidos, expandem-se.
   II. A temperatura de ebulição da água depende da pressão.
   III. A quantidade de calor a ser fornecida, por unidade de massa, para manter o processo de ebulição de um líquido, é denominado calor latente de vaporização.

   Quais estão corretas?

   • Apenas I.
   • Apenas II.
   • Apenas III.
   • Apenas II e III.
   • I, II e III.
   Correto
   

   Parabéns, resposta correta! Siga com o simulado.

   Incorreto
   

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8. Pergunta 8 de 10

   8. Pergunta

   (UniCESUMAR PR/2016)

   Do interior de um freezer doméstico, cuja temperatura indicada era –10ºC, são retirados um calorímetro de alumínio de massa 10 g e 80 g de gelo, ambos em equilíbrio térmico com o interior do freezer. O gelo é rapidamente introduzido no calorímetro e imediatamente são despejados em seu interior 100 g de água a 80ºC. Supondo o sistema (calorímetro+gelo+água) termicamente isolado, determine a temperatura final após o equilíbrio térmico ser estabelecido.
   Dados:
   Calor específico do alumínio: 0,2 cal/g°C
   Calor específico da água: 1,0 cal/g°C
   Calor específico do gelo: 0,5 cal/g°C
   Calor latente de fusão do gelo: 80 cal/g

   • 4,29°C
   • 6,48°C
   • 6,67°C
   • 8,79°C
   • 8,97°C
   Correto
   

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   Incorreto
   

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9. Pergunta 9 de 10

   9. Pergunta

   (UCS RS/2016)

   Churros é uma composição que normalmente consiste em um tubo de massa de farinha de trigo recheado com um doce. Suponha que a mãe prepara para a filha, no forno, churros com recheio de doce de leite. O churros é servido no prato e a menina consegue pegar a parte da massa com a mão, mas ao abocanhar o churros, afasta-o rapidamente da boca porque sente que o recheio de doce de leite está bem mais quente que a massa. Assumindo que no instante da retirada de dentro do forno todas as partes do churros estavam na mesma temperatura, que a parte do doce de leite e a parte da massa possuem a mesma quantidade de gramas, e que houve fluxo de calor para fora do churros desse instante até o momento que a menina é servida, a diferença de temperatura entre massa e recheio, quando a menina mordeu, ocorreu porque o

   • calor específico do doce de leite é maior do que o calor específico da massa.
   • calor latente de sublimação do doce de leite é maior do que o calor latente de sublimação da massa.
   • coeficiente de dilatação térmica da massa é maior do que o coeficiente de dilatação térmica do doce de leite.
   • calor latente de sublimação do doce de leite é menor do que o calor latente de sublimação da massa.
   • o coeficiente de dilatação térmica do doce de leite é maior do que o coeficiente de dilatação térmica da massa.
   Correto
   

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   Incorreto
   

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10. Pergunta 10 de 10

    10. Pergunta

    (ENEM/2015)

    As altas temperaturas de combustão e o atrito entre suas peças móveis são alguns dos fatores que provocam o aquecimento dos motores à combustão interna. Para evitar o superaquecimento e consequentes danos a esses motores, foram desenvolvidos os atuais sistemas de refrigeração, em que um fluido arrefecedor com propriedades especiais circula pelo interior do motor, absorvendo o calor que, ao passar pelo radiador, é transferido para a atmosfera.

    Qual propriedade o fluido arrefecedor deve possuir para cumprir seu objetivo com maior eficiência?

    • Alto calor específico.
    • Alto calor latente de fusão.
    • Baixa condutividade térmica.
    • Baixa temperatura de ebulição.
    • Alto coeficiente de dilatação térmica.
    Correto
    

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    Incorreto
    

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