Calorimetria no Enem: conceitos, escalas, equilíbrio e mais!

Calorimetria no Enem: conceitos, escalas, equilíbrio e mais!

As dinâmicas de energia, as trocas de calor e os equilíbrios térmicos influenciam no cotidiano de todos os seres vivos. Por isso, a calorimetria é um ramo muito estudado da físico-química e aparece no Enem com frequência.

Para te ajudar a compreender os diversos aspectos desse tema, o Estratégia Vestibulares desenvolveu um resumo com os principais conceitos e definições calorimétricas. Confira!

O que é calorimetria?

A calorimetria é o estudo das dinâmicas de calor que ocorrem entre os corpos. Por meio dela, é possível analisar temperaturas de equilíbrio, transferências de energia, capacidades térmicas e mudanças de estado físico. 

Portanto, a calorimetria traz conceitos como as escalas termométricas, mudanças de estados — líquido, gasoso e sólido — equilíbrio térmico e outros temas. 

Principais temas sobre calorimetria no Enem

O Enem cobra, todos os anos, questões sobre calorimetria. A seguir, confira os principais tópicos do assunto.

Conceitos de calor e temperatura

A temperatura é uma grandeza física que determina a agitação das moléculas. Quanto maior a excitação molecular, maior a temperatura e o contrário é verdadeiro. 

O calor é uma grande física que representa a energia em transição entre os corpos. Por essa razão, esse conceito é dependente da existência de dois ou mais materiais com diferentes temperaturas.

Escalas termométricas 

As escalas termométricas representam a temperatura ou energia térmica em um corpo. 

As principais escalas são:

  • Celsius: baseia-se nos pontos de fusão e ebulição da água, entre 0ºC a 100ºC — pode apresentar temperaturas negativas;
  • Fahrenheit: graduada entre 32ºF e 212ºF — também contém valores negativos ;e
  • Kelvin: determinada entre 273K e 373K — não admite valores menores do que 0K, visto que essa é a temperatura mais baixa possível (zero absoluto).

Transferências de calor

As transferências de calor acontecem quando o grau de agitação das moléculas dos corpos são diferentes. De forma geral, quanto maior a diferença entre as temperaturas, maior a velocidade de movimentação do calor. 

Nesse processo, o calor flui do corpo mais quente para o mais frio e só é concluído quando as temperaturas dos corpos se igualam.

Equilíbrio térmico

Após o fim da transferência de calor entre os corpos, a temperatura dos materiais deve se igualar — esse evento é denominado de equilíbrio térmico e representa a situação ideal da calorimetria.

Calor Específico

O calor específico (c) é um valor determinado para cada substância e demonstra a capacidade de alterar sua temperatura(?), conforme sua massa (m). 

Ele aparece na fórmula Q=m.c.Δ? e, geralmente, pode assumir diferentes unidades. Nas questões,o assunto se adequa de acordo com a necessidade do enunciado e pergunta.

Exemplo: calor específico da água = 1 caloria.grama/ºC

Mudanças de fase

As mudanças de estado físico estão intimamente relacionadas com a calorimetria. Conforme o calor transita entre os elementos, o grau de agitação das partículas é modificado, o que permite a alteração física

Quando o corpo recebe calor, a mudança de fase pode ser do

  • Estado sólido para o líquido; e
  • Estado líquido para o gasoso.

Por outro lado, quando o material perde calor, a alteração do estado físico pode acontecer do:

  • Estado gasoso para o líquido; e
  • Estado líquido para o sólido.

Calor latente

Calor latente (L) é a grandeza que dimensiona a transferência de energia para a alteração do estado físico em uma substância. Na fórmula, ele aparece relacionado com a massa (m) e a quantidade de calor (Q)

Q=m.L

Quando Q>0, o material está recebendo calor para alterar o estado físico.
Quando Q<0, a substância está cedendo calor enquanto altera seu estado físico.

Para melhor compreensão, confira a imagem abaixo:

Calorimetria Enem - Estratégia Vestibulares

Questões sobre Calorimetria no Enem

Para treinar seu conhecimento sobre Calorimetria e se acostumar com o modelo das questões cobradas pelo Enem, faça o exercício a seguir e acompanhe a resolução proposta pelo Estratégia Vestibulares.

ENEM (Segunda aplicação) 2017

O aproveitamento da luz solar como fonte de energia renovável tem aumentado significativamente nos últimos anos. Uma das aplicações é o aquecimento de água(?água=1kg/L) para uso residencial. Em um local, a intensidade da radiação solar efetivamente captada por um painel solar com área de 1m² é de 0,03 kW/m². O valor do calor específico da água é igual a 4,2 kJ/(kgºC).

Nessa situação, em quanto tempo é possível aquecer 1 litro de água de 20ºC até 70ºC?

a) 490 s
b) 2800 s
c) 6300 s
d) 7000 s
e) 9800 s

Para resolver essa questão, é importante reunir e organizar todas as informações descritas pelo enunciado:

  • Densidade da água: 1 kg/L
  • Intensidade de radiação captada (ou potência): 0,03 kW/m2 
  • Área do painel: 1m2
  • Calor específico da água:  4,2 kJ/(kgºC)
  • Volume de água que será aquecido: 1 Litro
  • Temperatura Final: 70º C
  • Temperatura Inicial: 20ºC

Como o exercício aponta as unidades kJ/(kgºC), é importante converter todas as grandezas para serem iguais e facilitar as contas.

Para isso, é importante lembrar que a unidade Watts (W) representa 1 Joule por segundo. Assim, P = 0,03kW/m2  são P = 0,03 k(J/s)/m2, ou seja, P = 0,03 k.J/m2.s

Como a densidade da água é um 1kg/L e deseja-se aquecer 1L de água, a massa de água é igual a 1 quilograma. A variação da temperatura, por sua vez, compreende a diferença entre a temperatura final e inicial do líquido:

Temperaturafinal – Temperaturainicial = Δ?
70ºC – 20ºC = Δ?
Δ? = 50ºC

Dado que a questão pergunta o tempo de aquecimento com base em uma variação de temperatura e fornece o calor específico, a fórmula da calorimetria é muito útil:

Q= m.c.Δ?
Q=1.4,2.50
Q=210 kJ 

Agora que já sabemos a quantidade de calor necessária para aquecer a água, é necessária uma fórmula que relacione o tempo (pedido na questão), o calor e a potência do aquecedor:

Potência = Quantidade de calor / tempo

P= Q/Δt
0,03 = 210/Δt
0,03.Δt=210
Δt=210/0,03
Δt=7000s

Note que, ao manter as unidades do calor específico e da potência, o tempo referido fica em segundos, como pede o enunciado. Dessa forma, a alternativa correta é a letra D.

Veja como o Estratégia Vestibulares pode te ajudar!

Quer saber ainda mais sobre calor, temperatura, potência e outros aspectos da calorimetria? Assista às aulas de física gratuitas do Estratégia Vestibulares no youtube:

Gostou do conteúdo e quer conhecer o material exclusivo do Estratégia? Clique no banner abaixo e conheça nossos cursos preparatórios para o vestibular, desenvolvidos para te ajudar no caminho rumo à aprovação!

CTA curso Enem

Veja também:

Você pode gostar também