Curva de aquecimento e diagrama de mudanças de fase

Curva de aquecimento é a maneira de representar graficamente a variação de temperatura de uma substância durante seu aquecimento.

Quando estamos estudando calorimetria é muito importante conhecermos a definição e os conceitos de todos os termos que são utilizados: temperatura, curva de aquecimento, calor, etc. E, ainda mais, sabermos como e onde utilizar esses termos.

Você já consegue definir o que é calor latente? E como ele está ligado às curvas de aquecimento dos corpos? Aliás, o que é curva de aquecimento? Vamos estudar todos esses temas agora.

Calorimetria

Primeiramente, vamos relembrar os conceitos de temperatura, calor e mudanças de fase.

Assim, podemos dizer que a definição de calor está ligada à transferência de energia térmica de um corpo de maior temperatura, para um de menor temperatura.

Contudo, você já se perguntou se é possível que um corpo receba uma certa quantidade de calor, mas mesmo assim não varie a sua temperatura?

E se não variar a temperatura, o que acontece, então, com a energia térmica recebida pelo corpo? Nesse sentido, iremos falar sobre o calor latente e a curva de aquecimento, para ajudar você a responder essas e outras dúvidas sobre Calorimetria.

calorimetria mudança de fases
Imagem 1: cubos de gelo derretendo.

Temperatura

Vamos voltar à pergunta que fizemos acima: seria possível uma substância, ou um corpo, receber calor e mesmo assim manter sua temperatura constante?

A resposta é: sim!

A definição de temperatura está ligada a agitação das moléculas dos corpos. Ou seja, esse movimento vibratório é ligado a energia cinética média destas moléculas, e isso remete à agitação térmica.

Mas a energia cinética não é o único tipo de energia associada às partículas: há também o que chamamos de energia potencial, que é responsável por manter a temperatura de um corpo constante mesmo sob a ação de uma fonte de calor.

calorimetria fornecimento de calor
Imagem 2: Desenho esquemático de uma fonte fornecendo calor à uma certa quantidade de água.

Quando a temperatura se mantém constante, mesmo que um corpo esteja recebendo energia térmica de uma fonte de calor, ocorre o que chamamos de mudança de fase.

Ou seja, o que pode ocorrer é fornecer calor a um corpo, e a energia ser utilizada para a separação das partículas, não para um aumento de temperatura. E é exatamente isso que acontece quando uma substância está mudando de fase.

As mudanças de fase da água

Temos três estados básicos de agregação da matéria: sólido, líquido e gasoso. E esses estados de agregação são denominados fases da substância.

fases físicas da materia
Imagem 3: diagrama mostrando os 3 estados físicos da água – fase sólida, líquida e gasosa respectivamente.

Como falamos acima, o processo de mudança de fase envolve trocas de calor. Mas, durante o processo, a temperatura permanece constante.

Curva de aquecimento

Nas passagens dos estados de sólido para líquido, de líquido para vapor e de sólido para vapor, a substância recebe calor. E nesse sentido temos o aquecimento da substância, que é o que vamos aprofundar nesta aula.

mudanças de fase
Diagrama demonstrando as mudanças de fase da matéria através do aquecimento dos corpos.

A imagem 4 nos mostra as fases da matéria e seus processos de mudança quando uma substância recebe calor. Agora vamos analisar um gráfico (imagem 5) que ilustra o comportamento da temperatura, medida em graus Celsius, de certa quantidade água.

Observe que a água inicialmente se encontra em fase sólida, que é aquecida sob pressão constante de 1 atm. Lembrando que para substâncias puras, a temperatura durante a mudança de fase permanece constante.

aquecimento da água
Imagem 5: Curva de aquecimento da água (o gráfico mostra o aquecimento de um cubo de gelo, fora de escala).

As linhas horizontais do gráfico são chamadas de patamares. Nesses setores, observamos que a substância recebe calor, mas a sua temperatura permanece constante.

Cada patamar corresponde, portanto, a mudança de fase onde coexistem duas fases da substância: no primeiro, sólido e líquido e, no segundo, líquido e vapor.

Ou seja, nesses patamares existe, por exemplo, tanto gelo e água a 0°C no primeiro caso, e tanto água e vapor a 100°C no segundo caso.

Há também os casos inversos de resfriamento das substâncias, ou seja, os casos de perdas de calor, mas isso iremos tratar em outro post.

Calor latente

É visto que cada substância, em cada mudança de fase, requer certa quantidade de calor, cedido ou recebido, para que ocorra esse processo. A quantidade de calor Q, por unidade de massa m, necessária para a mudança de fase é uma característica da substância e do tipo de mudança fase.

A essa característica chamamos de Calor Latente L, dada por:

L = Qm

O calor latente, dado por cal/g ou em J/kg, é considerado positivo nos processos em que o corpo recebe calor e negativo em processos onde o corpo cede calor. Os valores de L, das substâncias puras são tabelados, e nos exercícios que você irá resolver basta utilizar as informações dadas.

Vamos ver um exemplo: um recipiente armazena um cubo de gelo de 500 g. Sem que haja mudanças na temperatura do gelo, repentinamente, todo o seu conteúdo é fundido e transformado em água.

Determine a quantidade de calor que foi transferida para o conteúdo desse recipiente. Dado Lf = 80 cal/g.

Para resolver esse exemplo vamos utilizar: Q = m.L

Q = 500.80

Q = 40000 cal

Portanto, a quantidade de calor recebido é Q = 40000 cal.

Resumo sobre curva de aquecimento

Simples né? Agora para tirar todas as suas dúvidas sobre curva de aquecimento, veja esta aula do professor Marcelo para o nosso canal no YouTube:

Exercícios sobre curva de aquecimento

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Sobre o(a) autor(a):

Os textos e exemplos acima foram preparados pela professora Tairine Favretto para o Blog do Enem. Tairine é formada em Física – Licenciatura na Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), e é Mestra em Educação Científica e Tecnológica também pela UFSC. Ministra aulas de Física e Ciências da Natureza em escolas da Grande Florianópolis desde 2014. Facebook: https://www.facebook.com/tairine.favretto Instagram: @proftaifisica

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