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.
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.
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.
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.
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.
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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Pergunta 1 de 10
1. Pergunta
(ENEM MEC/2021)
Considere a tirinha, na situação em que a temperatura do ambiente é inferior a temperatura corporal dos personagens.
WATTERSON. B. Disponível em: https://novaescola.org.br. Acesso em: 11 ago. 2014.
O incômodo mencionado pelo personagem da tirinha deve-se ao fato de que, em dias úmidos,
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Pergunta 2 de 10
2. Pergunta
(ENEM MEC/2020)
A água sofre transições de fase sem que ocorra variação da pressão externa. A figura representa a ocorrência dessas transições em um laboratório.
Tendo como base as transições de fase representadas (1 a 4), a quantidade de energia absorvida na etapa 2 é igual à quantidade de energia
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Pergunta 3 de 10
3. Pergunta
(ENEM MEC/2019)
Antes da geração do céu, teremos que rever a natureza do fogo, do ar, da água e da terra.
Primeiro, em relação àquilo a que chamamos água, quando congela, parece-nos estar a olhar para algo que se tornou pedra ou terra, mas quando derrete e se dispersa, esta torna-se bafo e ar; o ar, quando é queimado, torna-se fogo; e, inversamente, o fogo, quando se contrai e se extingue, regressa à forma do ar; o ar, novamente concentrado e contraído, torna-se nuvem e nevoeiro, mas, a partir destes estados, se for ainda mais comprimido, torna-se água corrente, e de água torna-se novamente terra e pedras; e deste modo, como nos parece, dão geração uns aos outros de forma cíclica.
PLATÃO, Timeu (c. 360 a.C.).
Buscando compreender a diversidade de formas e substâncias que vemos no mundo, diversas culturas da Antiguidade elaboraram a noção de “quatro elementos” fundamentais, que seriam terra, água, ar e fogo. Essa visão de mundo prevaleceu até o início da Era Moderna, quando foi suplantada diante das descobertas da química e da física.
PLATÃO. Timeu-Crítias. Coimbra: CECh, 2011.
Do ponto de vista da ciência moderna, a descrição dos “quatro elementos” feita por Platão corresponde ao conceito de
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Pergunta 4 de 10
4. Pergunta
(ENEM MEC/2017)
Alguns fenômenos observados no cotidiano estão relacionados com as mudanças ocorridas no estado físico da matéria. Por exemplo, no sistema constituído por água em um recipiente de barro, a água mantém-se fresca mesmo em dias quentes.
A explicação para o fenômeno descrito é que, nas proximidades da superfície do recipiente, a
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condensação do líquido libera energia para o meio.
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Pergunta 5 de 10
5. Pergunta
(ENEM MEC/2016)
Primeiro, em relação àquilo a que chamamos água, quando congela, parece-nos estar a olhar para algo que se tornou pedra ou terra, mas quando derrete e se dispersa, esta torna-se bafo e ar; o ar, quando é queimado, torna-se fogo; e, inversamente, o fogo, quando se contrai e se extingue, regressa à forma do ar; o ar, novamente concentrado e contraído, torna-se nuvem e nevoeiro, mas, a partir destes estados, se for ainda mais comprimido, torna-se água corrente, e de água torna-se novamente terra e pedras; e deste modo, como nos parece, dão geração uns aos outros de forma cíclica.
PLATÃO. Timeu-Crítias. Coimbra: CECH, 2011.
Do ponto de vista da ciência moderna, os “quatro elementos” descritos por Platão correspondem, na verdade, às fases sólida, líquida, gasosa e plasma da matéria. As transições entre elas são hoje entendidas como consequências macroscópicas de transformações sofridas pela matéria em escala microscópica.
Excetuando-se a fase de plasma, essas transformações sofridas pela matéria, em nível microscópico, estão associadas a uma
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Pergunta 6 de 10
6. Pergunta
(ENEM MEC/2009)
O ciclo da água é fundamental para a preservação da vida no planeta. As condições climáticas da Terra permitem que a água sofra mudanças de fase e a compreensão dessas transformações é fundamental para se entender o ciclo hidrológico. Numa dessas mudanças, a água ou a umidade da terra absorve o calor do sol e dos arredores. Quando já foi absorvido calor suficiente, algumas das moléculas do líquido podem ter energia necessária para começar a subir para a atmosfera.
Disponível em: http://www.keroagua.blospot.com. Acesso em: 30 mar. 2009 (adaptado).
A transformação mencionada do texto é a
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Pergunta 7 de 10
7. Pergunta
(ENEM MEC/2009)
Confirmada pelos cientistas e já sentida pela população mundial, a mudança climática global é hoje o principal desafio socioambiental a ser enfrentado pela humanidade. Mudança climática é o nome que se dá ao conjunto de alterações nas condições do clima da Terra pelo acúmulo de seis tipos de gases na atmosfera – sendo os principais o dióxido de carbono (CO2) e o metano (CH4) – emitidos em quantidade excessiva através da queima de combustíveis (petróleo e carvão) e do uso inadequado do solo.
SANTILI, M. Mudança climática global. Almanaque Brasil Socioambiental 2008. São Paulo, 2007 (adaptado).
Suponha que, ao invés de superaquecimento, o planeta sofresse uma queda de temperatura, resfriando-se como uma era glacial, nesse caso
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Pergunta 8 de 10
8. Pergunta
(ENEM MEC/2009)
A água apresenta propriedades físico-químicas que a coloca em posição de destaque como substância essencial à vida. Dentre essas, destacam-se as propriedade térmicas biologicamente muito importantes, por exemplo, o elevado valor de calor latente de vaporização. Esse calor latente refere-se à quantidade de calor que deve ser adicionada a um líquido em seu ponto de ebulição, por unidade de massa, para convertê-lo em vapor na mesma temperatura, que no caso da água é isolada a 540 calorias por grama.
A propriedade físico-química mencionada no texto confere à água a capacidade de
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Pergunta 9 de 10
9. Pergunta
(ENEM MEC/2009)
A Constelação Vulpécula (Raposa) encontra-se a 63 anos-luz da Terra, fora do sistema solar. Ali, o planeta gigante HD 189733b, 15% maior que Júpiter, concentra vapor de água na atmosfera. A temperatura do vapor atinge 900 graus Celsius. “A água sempre que está lá, de alguma forma, mas às vezes é possível que seja escondida por outros tipos de nuvens”, afirmaram os astrônomos do Spitzer Science Center (SSC), com sede em Pasadena, Califórnia, responsável pela descoberta. A água foi detectada pelo espectrógrafo infravermelho, um aparelho do telescópio espacial Spitzer.
Correio Braziliense, 11 dez. 2008 (adaptado).
De acordo com o texto, o planeta concentra vapor de água em sua atmosfera a 900 graus Celsius. Sobre a vaporização infere-se que
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Pergunta 10 de 10
10. Pergunta
(ENEM MEC/2009)
Entende-se por ciclo hidrológico a movimentação que a água, em seus três estados, sólido, líquido e gasoso, realiza entre os três grandes reservatórios existentes na Terra, a atmosfera, os oceanos e os continentes. O sol fornece a energia para proporcionar essa movimentação, uma vez que tal energia aumenta as demandas por evaporação da água líquida ou por derretimento quando em seu estado sólido. O aquecimento global, que está ocorrendo por causa do aumento dos gases causadores do efeito estufa, tem provocado:
I. derretimento do gelo das geleiras nas regiões polares;
II. aumento da umidade na atmosfera em aproximadamente 6% para cada grau de aumento na temperatura média da Terra;
III. mudanças no regime climático das várias regiões, algumas ficando mais áridas, e outras, mais quentes, e, ainda, o aumento de tempestades em outras regiões.
OLERIANO, E.S.; DIAS, H.C.T. A dinâmica da água em microbacias hidrográficas reflorestadas com eucalipto. Anais I Seminário de Recursos Hídricos da Bacia Hidrográfica do Paraíba do Sul: o Eucalipto e o Ciclo Hidrológico, Taubaté, Brasil, 07-09 novembro 2007, IPABHi, p. 215-222. Disponível em: http://www.agro.unitau.br/serhidro/doc/pdfs/215-222.pdf. Acesso em: 25 jun. 2008 (adaptado).
O aquecimento global está
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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