Calor e dilatação dos corpos

O calor

Forma de energia que passa de um corpo mais aquecido para outro corpo menos aquecido até que se estabeleça um equilíbrio térmico.

Fontes naturais de calor: o Sol e o interior da Terra.

Obtenção artificial de calor: por eletricidade, por atrito e por reações químicas.

Propagação do calor:

• Por condução: de partícula a partícula;

• Por convecção: por massas líquidas ou gasosas que se deslocam;

• Por irradiação: por meio de ondas eletromagnéticas.

Unidade de medida do calor: caloria (quantidade de calor necessária para elevar de 14,5 ºC a 15,5 ºC, à pressão normal, a temperatura de 1 grama de água). Abrevia-se por cal; 1 Kcal (quilocaloria) = 1000 cal.

Calor específico: (cal / g . ºC): quantidade de calor (em cal) necessária para elevar em 1 ºC a massa de 1 g de uma substância.

Medida da quantidade de calor: é feita por meio da fórmula: Q = m . c . (t₂ – t₁), onde:

Q: quantidade de calor (em cal).

m: massa do corpo.

c: calor específico da substância que constitui o corpo.

t_1: temperatura inicial.

t_2: temperatura final.

Os efeitos do calor:

• Físicos: dilatação dos corpos e mudanças de estado físico.
• Químicos: síntese e decomposição de substâncias.
• Biológicos: brando (ativação enzimática); intenso (destruição de células).

Dilatação Térmica

Um dos efeitos da temperatura, é provocar a variação das dimensões de um corpo.

Pois se aumentarmos a temperatura de um corpo, aumenta a agitação das partículas de seu corpo e conseqüentemente, as partículas se afastam  uma das outras, provocando um aumento das dimensões (comprimento, área e volume) do corpo.

A esse aumento das dimensões do corpo dá-se o nome de dilatação térmica.

Dilatação dos Sólidos

Os sólidos que melhor se dilatam são os metais, principalmente o alumínio e o cobre. Temos um bom exemplo disso num vidro de conserva com a tampa metálica emperrada. Para abri-lo, basta mergulhar a tampa na água quente; como o metal se dilata mais que o vidro, a tampa logo fica frouxa.

O aquecimento leva os sólidos a se dilatarem em todas as direções; no entanto, às vezes, a dilatação predomina, ou é mais notada, numa direção – é a dilatação linear. Quando duas direções são predominantes, temos a dilatação superficial e, quando ela é importante em todas as direções, considera-se a dilatação volumétrica. 

Dilatação dos Líquidos

Assim como os sólidos, os líquidos também sofrem dilatação com a variação de temperatura. Como os líquidos não têm forma própria, só se leva em consideração a dilatação volumétrica. Em geral, os líquidos aumentam de volume quando aquecidos e diminuem quando esfriados.

Mas, com a água, o processo de dilatação é um pouco diferente. Ao ser esfriada, ela diminui de volume como os outros líquidos, mas só até 4 °C. Se a temperatura continuar caindo, para baixo de 4°C, o volume da água começa a aumentar. Inversamente, se for aquecida de 0°C a 4°C, a água diminui de volume, mas, a partir de 4°C, ela começa a se dilatar.

É por essa razão que uma garrafa cheia de água e fechada estoura no congelador: de 4°C até 0°C, a água tem seu volume aumentado, enquanto a garrafa de vidro ou plástico diminui de volume.

Dilatação dos Gases

A dilatação dos gases, que é mais acentuada que a dos líquidos, pode ser comprovada por uma experiênciabem simples.

Num balão de vidro, com ar em seu interior, introduz-se um canudo dentro do qual há uma gota de óleo (figura abaixo).

Segurando o balão de vidro como indicado na figura, o calor fornecido pelas mãos é suficiente para aumentar o volume de ar e deslocar a gota de óleo.

Calor Latente

Calor latente é a grandeza física que está relacionada à quantidade de calor que um corpo precisa receber ou ceder para mudar de estado físico. Matematicamente, essa definição fica da seguinte forma:

Q = m.L

Onde L é o calor latente da substância e tem como unidade a cal/g. O calor latente pode assumir tanto valores positivos quanto negativos. Se for positivo, quer dizer que o corpo está recebendo calor; se negativo, ele está cedendo calor.