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Calor

Calor

Na física, em particular na termodinâmica, o calor é definido como a contribuição da energia transformada como resultado de uma reação química ou nuclear e transferida entre dois sistemas ou entre duas partes do mesmo sistema. Essa energia não é atribuível a um trabalho ou a uma conversão entre dois tipos diferentes de energia. O calor é, portanto, uma forma de energia transferida e não uma forma de energia contida como energia interna.

Enquanto a energia é trocada, o calor é medido no Sistema Internacional em joules. Na prática, no entanto, muitas vezes ainda é usado como a unidade de medida de calorias, que é definida como a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de um grama de água destilada, é submetida à pressão de 1 atm passada de 14,5 a 15, 5. Às vezes, unidades puramente técnicas, como kWh ou BTU, também são usadas.

Calor e trabalho são formas de energia que não podem ser associadas ao estado do sistema, isto é, com sua configuração de equilíbrio; em particular, ambas as formas de energia são reconhecidas no momento em que transitam, elas fluem. O trabalho identifica o momento em que a força é feita uma mudança. Em outras palavras, os fluxos de trabalho são executados no momento em que são produzidos; assim como o calor é identificado apenas no momento de sua transmissão.

Efeitos do calor

Os efeitos da transferência de calor são descritos pela primeira lei da termodinâmica em sua forma mais geral:

EE = Q - W

onde ΔE indica uma mudança de qualquer forma de energia (como energia interna, energia cinética ou energia potencial), Q representa calor e W indica trabalho (por mudança de volume ou isocorosa). As conseqüências da transferência de calor podem ser principalmente de dois tipos: variação de energia ou troca de trabalho.

Uma forma particular de energia que pode ser modificada após a passagem do calor é a energia interna; a variação da energia interna pode ter conseqüências diferentes, incluindo uma mudança na temperatura ou uma mudança no estado de agregação.

Se a transferência de calor resultar em uma mudança no estado de agregação, esse calor recebe o nome de calor latente, enquanto que, se a transferência de calor resultar em uma diminuição na diferença de temperatura (porque os dois sistemas ou dois partes do mesmo sistema tendem a atingir o equilíbrio térmico) falamos de calor sensível.

A fórmula clássica do calor sensível é:

Q = c · m · ΔT

enquanto o calor latente é:

Q = λ · m

Finalmente, no caso em que a transferência de calor envolve uma diminuição na diferença de temperatura e uma mudança de fase, este calor pode ser considerado como a soma de duas contribuições: uma contribuição relacionada ao calor sensível e uma contribuição relacionada a o calor latente.

Por exemplo, o aumento da temperatura da água de 20 ° C a 50 ° C sob condições padrão (isto é, a uma pressão de 1 atm) é determinado pelo fato de que o calor sensível é fornecido, enquanto que, se A água já atingiu a temperatura de ebulição, armazena energia (na forma de calor latente), mantendo sua temperatura inalterada, até que a mudança de fase de líquido para vapor ocorra. Por esta razão, um jato de vapor de água a 100 ° C, que possui energia armazenada durante a passagem do estado, pode causar queimaduras mais severas do que a água no estado líquido na mesma temperatura.

O calor da reação também é falado quando o calor é consumido ou gerado por uma reação química.

Calor, temperatura e energia interna

O calor não é uma propriedade associada a uma configuração de equilíbrio termodinâmico. Na presença de um gradiente de temperatura, o calor flui dos pontos em temperaturas mais altas para aqueles em temperaturas mais baixas, até que o equilíbrio térmico seja atingido. A quantidade de calor trocada depende da trajetória particular seguida pela transformação para chegar do estado inicial ao estado final. Em outras palavras, calor não é uma função de estado.

A energia interna, em vez disso, é uma função do estado associável com uma configuração de equilíbrio (ou estado termodinâmico) do sistema, dependendo das variáveis de estado.

Para a temperatura interna e energia são expressões lógicas (isto é, são cientificamente correcta) do tipo:. "O corpo tem uma certa temperatura, tem uma certa energia interna, adquire energiza energia"

Por outro lado, o calor não é uma propriedade termodinâmica, então frases como "o corpo tem calor, produz calor, adquire calor" não têm valor científico. De fato, o calor pode ser definido como "energia em trânsito", não como "energia possuída por um corpo"; o calor é trocado entre dois corpos (ou duas partes do mesmo corpo) e não é possuído por um único corpo (como é o caso da energia interna). Em particular, o calor flui devido a uma diferença de temperatura entre o sistema em estudo e o ambiente que interage com ele, então o calor só se manifesta quando passa entre o sistema e o ambiente devido a uma diferença de temperatura e não é reconhecido. nenhuma maneira dentro do sistema e do ambiente como uma propriedade intrínseca dele.

Propagação de calor

A transferência (ou troca ou propagação) de calor entre sistemas pode ser feita de três maneiras:

    Propagação de calor por condução: em um único corpo ou entre corpos em contato há uma transmissão, por impactos, de energia cinética entre as moléculas que pertencem às áreas vizinhas do material. Na energia motriz é transferida através da matéria, mas sem movimento macroscópico da última;
  • Propagação de calor por convecção: em um fluido em movimento, as porções de fluido pode ser aquecido ou arrefecido para executar contacto com as superfícies exteriores e, em seguida, no decurso do seu movimento (no carácter turbulento frequentemente) , transferência (sempre executar), a energia adquirida outras superfícies, o que resulta em uma advection de transferência de calor. Num campo gravitacional, tais como a terra (associado com a força do peso), este método de transferência de calor é devido à ocorrência natural das correntes advection, quente e frio, devido à diversidade de temperatura e, assim, as regiões de densidade dos fluidos envolvidos no fenómeno, em relação ao fluido circundante;
  • Propagação de calor por irradiação: entre dois sistemas, a transferência de calor pode ter lugar a uma distância (também em vácuo), para a emissão, espalhamento e absorção de ondas electromagnéticas: neste caso, a temperatura do corpo inferior é aquecido e a uma temperatura mais elevada, esfria. O mecanismo de irradiação não requer contato físico entre os corpos envolvidos no processo. Um exemplo é o calor que se propaga do Sol para a Terra através da radiação solar.

Detecção de Temperatura

A sensação de "calor" ou "frio" que você sente ao tocar um corpo é determinada pela sua temperatura e pela condutividade térmica do material de que é feito, além de outros fatores.

Embora seja possível comparar com o toque (com alguma cautela) as temperaturas relativas de dois corpos, é impossível fazer uma avaliação absoluta. Por exemplo, ao submergir uma mão em água fria por alguns segundos e a outra em água quente, e depois submergir ambas em água morna, a primeira terá a sensação de que a água está quente, a segunda que está fria, porque a temperatura percebido é relativo ao da mão que está fazendo a medição.

Uma avaliação relativa também é muitas vezes impossível. Por exemplo, ao jogar um pedaço de madeira e uma peça de metal que tenham sido no mesmo ambiente suficiente para atingir o equilíbrio térmico com o meio ambiente, enquanto, ele tem uma sensação de que o metal é muito mais fria, devido a diferente condutividade térmica dos dois materiais. Um termómetro colocado em primeiro lugar em contacto com a madeira, em seguida, com metal em vez iria medir a mesma temperatura, que coincide com o ar no ambiente que é aproximada como uma fonte de calor para tudo o que está contido nela.

A temperatura é um índice da energia cinética média das partículas do corpo sob exame, o calor é a energia de um corpo a uma temperatura superior transferida para um corpo a uma temperatura mais baixa (para ter os dois corpos à mesma temperatura ). A sensação de calor e frio é devido tanto à diferença de temperatura entre o lado e o objecto como a velocidade com a qual o objecto pode transferir (absorver ou libertar) mão de calor (ou outro objecto a diferentes temperaturas).

Entretanto, ao fornecer calor a um corpo, a temperatura não só aumenta, como também existe uma sensação mais aguda de calor, mas existem variações diretamente mensuráveis em algumas propriedades físicas.

Antecedentes históricos do calor

Durante a primeira metade do século XVIII, os estudiosos usaram a substância elementar chamada flogisto para explicar o aquecimento de alguns materiais e a combustão.

Nos anos seguintes, fenómenos térmicas que remontam à teoria de que o calor foi um fluido invisível, ao entrar no espaço de uma temperatura corporal pode aumentar.

Apesar dos estudos Boyle século XVII sobre a relação entre o movimento de partículas e de calor, somente ao meio do século XIX sentou a base termodinâmica. Estas bases foram estabelecidas por Mayer (1842) e estudos de Joule (1843), relativa à quantidade de calor necessária para alcançar este funcionamento.

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Última revisão: 24 de agosto de 2018

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