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O calor é definido como toda a transferência de energia de um material para outro devido à uma diferença de temperatura. Isso significa que ele é toda energia em trânsito de um corpo de maior temperatura para outro de menor. Assim, a energia resultante do fluxo de calor é chamada de energia térmica, ou energia interna.
Quando dois ou mais corpos apresentam a mesma temperatura após uma transferência de calor entre eles, dizemos que estão em equilíbrio térmico.
Para entender melhor o que é calor, é necessário compreender o conceito de temperatura e como diferenciá-los. A temperatura é definida pelo nível de agitação das moléculas ou átomos de algum corpo. Tal agitação realiza energia cinética, que produz um efeito térmico possível de sentir: a sensação de quente.
Por outro lado, o calor não indica uma quantidade de energia contida, mas se refere a uma transferência de energia entre corpos com temperaturas diferentes. Assim, podemos alterar a temperatura de um corpo ao adicionar calor ou outras formas de energia.
No Brasil, a unidade mais utilizada para medir calor é a caloria. Ela é caracterizada pela quantidade de energia necessária para alterar a temperatura de um grama de água em 1ºC. No entanto, a unidade de medida usada para a transferência dessa energia também é dada por joules (J). Para aferir sua medição é usado um aparelho chamado calorímetro.
Dois conceitos importantes são usados para definir tipos de calor e suas propriedades. Sendo eles:
Você já reparou que alguns materiais aquecem e resfriam mais rápido do que outros? Cada substância possui uma capacidade diferente de armazenar energia interna. Isso é chamado de calor específico.
Em outras palavras, todo material requer uma quantidade específica de calor para aquecer uma determinada massa em um determinado número de graus. Obtendo a seguinte fórmula física:
Q = m * c * ΔT
Se o calor específico (c) de uma substância é conhecido, é possível obter a quantidade de calor (Q) envolvida quando determinada massa (m) sofre uma variação de temperatura (ΔT).
As mudanças de fases de uma substância são muito comuns, como a transformação de água em estado sólido para estado líquido por meio da fusão. Esses fenômenos acontecem após a substância receber uma determinada quantidade de energia suficiente para mudar seu estado físico.
Dessa forma, é possível descrever o calor latente como a quantidade de energia (ou calor) necessária para a mudança de estado de uma substância. Assim, se o calor latente (L) é conhecido, é possível calcular a quantidade de energia (Q) necessária para fazer uma quantidade de massa (m) passar de uma fase para outra, pela seguinte equação:
Q = m * L
A transferência espontânea de calor pode acontecer de três maneiras: condução, convecção e radiação. Confira cada uma com mais detalhes:
Ao aquecer um corpo, seus átomos e elétrons livres oscilam cada vez mais, colidindo com seus vizinhos por todo o seu comprimento. Essa oscilação promove energia térmica, que é transportada até outro material por meio de contato físico. Esse tipo de transferência é chamado de condução.
Cada material possui um potencial de conduzir calor para outro corpo, sendo classificados como bons condutores e maus condutores. Os metais, por exemplo, são ótimos condutores de calor e eletricidade, devido a grande quantidade de elétrons livres em sua superfície.
Já os maus condutores, também chamados de isolantes, não têm tantos elétrons livres para transportar energia. Assim, eles isolam o calor com mais facilidade. Como exemplo, destacam-se a lã, borracha e papel.
O processo de convecção ocorre entre fluidos, como líquidos e gases. Quando um fluido é aquecido por baixo, as moléculas que estão no fundo passam a oscilar rapidamente, afastando-se das outras e diminuindo a densidade. Com a força do empuxo, a parte mais quente do fluido sobe e a parte mais densa e fria desce em direção a fonte de calor, formando correntes de convecção.
Esse fenômeno pode ser observado em várias áreas do nosso cotidiano, como na circulação atmosférica e nos movimentos do magma no interior da Terra.
O calor transmitido pela radiação é por meio de ondas eletromagnéticas, em que cada uma possui determinada frequência (taxa de vibração). Todo material que esteja acima da temperatura zero absoluto emite energia radiante em diferentes frequências.
Da mesma forma, a maioria dos objetos do nosso cotidiano emite uma radiação em, principalmente, ondas infravermelhas de baixa frequência. Quando essas ondas são emitidas em frequências mais altas, é possível perceber a sensação de quente. Um exemplo dessa situação é o calor emitido pelas brasas de uma fogueira, que esquentam qualquer corpo que esteja próximo.
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