1. POTÊNCIA TÉRMICA

A potência térmica é uma das grandezas mais importantes na Física e mede a velocidade com que a energia (E) é transferida para um corpo.

\(\frac{{P}}{\Delta t}\)

A energia pode ser de muitos tipos diferentes. Na calorimetria, trabalhamos com a energia térmica (Q) que o corpo recebe ou cede ao exterior para que sua temperatura mude ou o corpo mude de fase.

No S.I., a unidade é:

\(W = \frac{J}{s} = watts\)

A unidade calorias por segundo também é usada ocasionalmente.

\(\frac{{cal}}{s}\)

Em um gráfico de potência (P) x tempo (t), a área compreendida entre a reta e o eixo do x fornece a quantidade de calor trocada pelo gás com o exterior.

2. TROCAS DE CALOR

As trocas de calor acontecem o tempo todo no cotidiano. Um exemplo clássico é a mistura de café quente com leite frio, o famoso café com leite. O café possui uma temperatura mais elevada que o leite, por isso, suas moléculas estão mais agitadas e possuem mais energia.

O choque entre as moléculas mais rápidas do café e as moléculas mais lentas do leite provoca uma transferência de energia das mais rápidas (café) para as mais lentas (leite).

Essa troca de energia térmica é chamada de calor. A troca de calor cessa quando os dois corpos atingem a mesma temperatura, denominada temperatura de equilíbrio térmico.

Em um sistema isolado, a quantidade de calor que um corpo cede ao outro são iguais. A energia do corpo que cede é negativa e a do corpo que recebe é positiva.

Considerando o sistema isolado e portanto, as trocas de calor ocorrem apenas entre o café e o leite, temos:

\({Q_{CAFE}} + \;{Q_{LEITE}} = – 100 + 100 = 0\)

Repare que o somatório das energias foi zero. Dessa forma, podemos generalizar as trocas de calor da seguinte maneira:

\({Q_{RECEBIDO}} + \;{Q_{CEDIDO}} = 0\)

3. CALORÍMETRO

O calorímetro é um dispositivo que permite estudar as trocas de calor entre corpos. A estrutura do calorímetro dificulta as trocas de calor entre o seu interior e o exterior. O esquema de um calorímetro está representado na figura abaixo:

Pegadinha do Malandro: quando o calorímetro tem capacidade térmica desprezível, ele não participa das trocas de calor com os corpos inseridos nele. Isso acontece praticamente em todas as questões do Ensino Médio.

4. A INFLUÊNCIA DA PRESSÃO NA MUDANÇA DE FASE

Você sabia que é possível a água ferver a 100 ºC? Em geral, aprendemos que existe uma temperatura padrão para uma substância mudar de fase. Mas além da temperatura, a pressão também exerce influência.

Considere uma substância no estado sólido. A ligação química é intensa e o movimento das moléculas é limitado. Não podemos esquecer que existe uma camada de ar que envolve as moléculas dessa substância.

As moléculas do ar exercem uma força que mantem as moléculas da substância agregadas. Mas, o que acontece se diminuirmos a quantidade de moléculas do ar em volta?

A menor quantidade de moléculas de ar facilita a separação das moléculas das substâncias até atingir o mesmo estado de agregação molecular do estado líquido. Assim, é possível uma substância mudar do estado sólido para o liquido apenas reduzindo a pressão a sua volta!

O diagrama de fases resume os estados físicos de uma substância para quaisquer valores de temperatura (T) e pressão (P). Mas, antes de estudar o diagrama, precisamos compreender dois conceitos: o ponto crítico e o ponto triplo.

4.1 Ponto crítico

É comum ouvir a expressão “vapor d´água” em vez de “gás água”. O mesmo vale para “gás oxigênio” em vez de “vapor oxigênio”. Mas será que existe diferença entre vapor e gás?

Sim, há diferença. Uma substância no estado gasoso é denominada vapor, quando a temperatura constante, ela pode retornar ao estado líquido se aumentarmos a pressão.

Uma substância no estado gasoso é denominada gás, quando a temperatura constante, o aumento da pressão, por maior que seja, não permite a mudança do estado gasoso para o estado líquido.

• Ponto crítico é o conjunto de pressão e da temperatura onde ocorre o limite entre o vapor e o gás.

O ponto crítico da água ocorre na pressão de 281 atm (281 vezes maior que a pressão normal no cotidiano) e na temperatura de 374 ºC. Por isso, não encontramos “gás água” em situações do cotidiano).

4.2 Ponto triplo

Imagine um pedaço de gelo derretendo. Tanto o gelo quanto a água proveniente deste derretimento encontram-se à mesma temperatura de 0 ºC. Portanto, é possível dois estados da matéria coexistirem ao mesmo tempo.

No entanto, existe um valor único de temperatura e pressão onde os três estados da matéria coexistem. Esse conjunto de valores é conhecido como ponto triplo. Para a água, a pressão deve ser de 0,006 atm (um valor muito inferior a pressão atmosférica no cotidiano) e a temperatura de 0,0098 ºC.

5. DIAGRAMA DE FASES

O diagrama de fases é um conjunto de valores de pressão e temperatura que mostra o estado físico da substância. Esse gráfico é sempre semelhante ao exemplo abaixo (gráfico de forquilha).

No exemplo acima, o diagrama de fases da água é apresentado. Observe que, a água se encontra no estado sólido para a pressão de 1 atm (pressão ao nível do mar) e temperaturas inferiores a 0 ºC.