Capacidade térmica ou capacidade calorífica é a grandeza física que determina o calor que é necessário fornecer a um corpo para produzir neste determinada temperatura / variação térmica. A unidade usada no SI é J/K (Joule por Kelvin).
A capacidade térmica caracteriza o corpo, e não a substância que o constitui. Dois corpos de massas e de substâncias diferentes podem possuir a mesma capacidade térmica. Dois corpos de massas diferentes e de mesma substância possuem capacidades térmicas diferentes.
A capacidade calorífica está também relacionada com as interacções intermoleculares, a estabilidade de uma fase, a condutividade térmica e a capacidade de armazenar energia.
Calor é energia. A unidade de calor no Sistema Internacional de Unidades (SI) é o joule (J).
Na prática é muito usada uma outra unidade de calor, muito antiga, do tempo do calórico, a caloria.
Por definição, uma caloria ( 1 cal) é a quantidade de calor que deve ser transferida a um grama de água para produzir a variação de temperatura de 1oC, rigorosamente, de 14,5°C para 15,5°C.
Em suas experiências, Joule estabeleceu a relação entre essas duas unidades, encontrando:
1 cal = 4,18 J
A unidade quilocaloria ( kcal) é muito usada para medidas de quantidade de calor.
1 kcal = 1.000 cal = 103 cal
A British Thermal Unit (BTU) é uma unidade técnica usada para quantidade de calor. É muito utilizada em manuais para caracterizar equipamentos e máquinas que envolvem energia térmica.
1 BTU = 252,4 cal = 1.055 J.
Principais unidades de calor (energia) em química
caloria (cal)
quilograma (kcal)
joule (j)
quilojoule (kj)
O calor deve ser medido em unidades de energia, que no Sistema Internacional de Unidades (SI) é o joule (J). Há outra unidade de calor, a caloria (cal), que é a quantidade de calor necessária para aumentar em 1° C a temperatura de uma grama de água. A equivalência entre joule e caloria é 1J =0,24cal .
Quando são colocados em contato dois ou mais corpos que se encontram em diferentes temperaturas, observa-se que, após um certo intervalo de tempo, todos atingem uma temperatura intermediária entre as temperaturas iniciais. Durante esse processo, ocorre uma transferência de energia térmica dos corpos de maior temperatura para os de menor temperatura. Essa energia térmica em trânsito denomina-se calor.
Uma garrafa térmica ou, simplificado, termo ou termos, é um recipiente portátil que tem como objetivo evitar a troca de calor entre o conteúdo que está em seu interior e o ambiente, mantendo sua temperaturatemporariamente constante. Foi inventada em 1892 pelo físico-químico escocês James Dewar.
A garrafa térmica é construída de forma a dificultar as três formas de tranferência de calor: convecção,condução e irradiação. Portanto, é constituída por uma ampola com duas paredes de vidro (por ser um mau condutor de calor) muito delgado, com a forma do recipiente; entre essas paredes, é formado um ar rarefeito, que se assemelha ao vácuo, o que serve para evitar a convecção e a condução. Essas paredes também são espelhadas tanto no lado de fora quanto no de dentro, por isso consegue retardar a irradiação. Esta ampola é protegida por um invólucro exterior, que pode ser de metal ou plástico, para proteger a ampola e facilitar a sua portabilidade. As ampolas também podem se apresentar confeccionadas em material sintético ou aço inoxidável.
Como funciona a garrafa térmica?
Os objetos espelhados – superfícies de metal, por exemplo – refletem muito bem o calor. Um revestimento metálico permite evitar troca de calor por irradiação.
Cobertores e agasalhos de alumínio são usados para evitar perda de calor corporal, como no caso de atletas que executaram grande esforço físico ou de pessoas que sofreram acidente grave e estão com o corpo mais frio do que o normal. Algumas roupas contra fogo usadas por bombeiros têm um revestimento externo de metal que reflete o calor irradiado pelas chamas.
As garrafas térmicas possuem vários isolamentos, inclusive revestimentos espelhados, para evitar a troca de calor entre interior e exterior. Esses diversos isolamentos, que aparecem na figura acima, permitem conservar os líquidos quentes ou gelados por mais tempo.
Um terceiro modo de transferência de calor de um corpo mais quente para um mais frio é a irradiação térmica. Ao contrário dos outros dois processos, condução e convecção, a irradiação permite transferência de calor, ou calor radiante. As ondas de calor provenientes do Sol, atravessam uma grande distância, no vácuo, até chegar à Terra e transferir a ela o calor vindo do Sol.
Além do calor irradiado pelo Sol, vários outros exemplos cotidianos estão relacionados com a irradiação térmica.
O calor de uma fogueira ou de uma lareira chega a uma pessoa por meio da irradiação. Os alimentos assam nos fornos convencionais graças ao calor irradiado pela chama. As lâmpadas comuns, além de emitirem a luz visível, irradiam quantidade considerável de calor infravermelho. Em granjas, os pintinhos são mantidos aquecidos por meio de lâmpadas que permanecem acesas dia e noite.
A convecção térmica é o processo de transmissão de calor em que a energia térmica se propaga através do transporte de matéria, devido a uma diferença de densidade e a ação da gravidade.
Este processo ocorre somente com os fluidos, isto é, com os líquidos e com os gases, pois na convecção térmica há transporte de matéria.
Por exemplo, quando aquecemos um líquido numa chama, as camadas inferiores, ao se aquecerem, ficam menos densas e sobem, por causa do empuxo, ao mesmo tempo que as camadas superiores mais frias e densas, descem por ação da gravidade. Assim, formam-se as correntes de convecção, fazendo com que as partes quentes se misturem continuamente com as partes frias, até que o líquido fique todo aquecido por igual. Da mesma forma, acontece a convecção nos gases.
Brisa marítima e brisa terrestre
Durante o dia, o ar próximo à superfície terrestre se aquece mais rápido do que o ar próximo à superfície do mar. O ar aquecido no continente sobe e o ar que está acima do mar desce para o continente para ocupar o espaço da quantidade de ar que sobe. Assim, formam-se correntes de convecção que constituem a brisa marítima e a brisa terrestre.
A noite, após um dia ensolarado, o sentido das brisas é invertido, pois assim como a areia se aquece mais rápido do que a água do mar ao ser exposta ao sol, também se resfria mais rápido ao perder calor.
Praia dos Ingazeiros - Rio Pardo
As correntes de convecção podem ser observadas a beira da praia. A areia se aquece mais rápido do que a água, durante os dias ensolarados, pois possui menor calor específico do que a água. Tal fenômeno ocasiona as correntes de ar da água para a areia. À noite, o sentido das brisas se inverte.
Em transferência de calor, condução térmica ou difusão térmica (ou ainda condução ou difusão de calor) é a transferência de energia térmica entre átomos e/ou moléculas vizinhas em uma substância devido a um gradiente de temperatura. Noutras palavras, é um modo do fenômeno de transferência térmica causado por uma diferença de temperatura entre duas regiões em um mesmo meio, ou entre dois meios em contato, e sem perceber-se movimento global da matéria (na escala macroscópica) em oposição a convecção que é outra forma de transferência térmica.
Isso sempre ocorre a partir de uma região de maior temperatura para uma região de baixa temperatura, e atua equalizando as diferenças de temperatura. Genericamente, ocorre a propagação de calor sem transporte da substância formadora do sistema, ou seja, através de choques entre suas partículas integrantes ou intercâmbios energéticos dos átomos, moléculas, e elétrons. A condução térmica pode ser interpretada como a transmissão passo a passo de agitação térmica: um átomo (ou uma molécula) transfere parte de sua energia cinéticaao átomo vizinho, sendo assim um fenômeno de transporte de energia interna devido à heterogeneidade da agitação molecular, sendo assim um fenômeno termodinamicamenteirreversível.
Condução ocorre em todas as formas de matéria, sólidos, líquidos, gases e plasmas, mas não requer qualquer movimento de massa da matéria. Em sólidos, é devido à combinação das vibrações das moléculas em um retículo cristalino e o transporte de energia por elétrons livres. Os elétrons suscetíveis de mover denominam-se elétrons de condução no modelo do elétron livre.
Em fluidos (líquidos e gases) o transporte de energia é resultante da não-uniformidade do número de choques por unidade de volume, durante seu movimento aleatório, semelhante ao fenômeno da difusão. Em sólidos, a condução de calor é fornecida conjuntamente por condução de elétrons e vibração da rede cristalina (fônon)pg 160.
Os metais e suas ligas, sejam sólidos ou líquidos, devido à elevada condutividade térmica, são excelentes meios de propagação de calor, normalmente associada à condutividade elétrica. Os gases e alguns sólidos, que possuem baixa condutividade térmica, são considerados péssimos meios de propagação de calor, sendo definidos como isolantes térmicos.
Calor pode ser transferido por radiação e/ou convecção, e frequentemente mais que um destes processos ocorrem em uma dada situação.
