Calorimetria no Enem: conceitos, fórmulas e questões resolvidas

Calorimetria é um assunto que cai todo ano na prova do Enem. Mas você sabe o que é esse conteúdo da física e como resolver as questões?  

A calorimetria estuda as trocas de energias térmicas entre corpos, conhecida como calor, e é uma parte da  termologia , o estudo de fenômenos térmicos.  

Para ajudar você nos estudos para o Enem, reunimos neste artigo os principais conceitos da calorimetria, suas fórmulas e questões resolvidas.  

Você vai conferir:  

O Enem,  Exame Nacional do Ensino Médio , nasceu como uma prova para medir a qualidade do ensino médio do Brasil em 1998.    

Hoje, ela se tornou a principal forma de ingresso em instituições de ensino superior.    

A prova reúne conteúdos estudados no ensino médio divididos em áreas do conhecimento. Elas são as seguintes:  

Cada área tem 45 questões objetivas, totalizando 180 perguntas.  

Na  Matriz de Referência do Enem , documento elaborado pelo Ministério da Educação (MEC), você pode conferir todos os conteúdos que podem cair no Enem e, especialmente, na prova de Ciências da Natureza e suas Tecnologias.  

É nela que estão as questões sobre biologia, física e química. Além da teoria, as perguntas desta prova costumam abordar o dia a dia em exemplos concretos.  

Veja  os principais assuntos  que rendem questões de física :   

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Quando falamos sobre calorimetria, estamos nos referindo à parte da termologia que estuda a troca de energia térmica entre corpos.  

Essa troca é conhecida como “calor” e acontece porque há diferença de temperatura entre os corpos em questão.  

Para entender a calorimetria, é essencial entender os principais conceitos que a envolvem, como calor e temperatura.  

O calor, como vimos acima, é a troca de energia térmica entre corpos de diferentes temperaturas e ela acontece por conta da agitação de moléculas.  

Nesse caso, o corpo mais quente cede energia térmica para o corpo mais frio até que o equilíbrio entre as duas temperaturas seja atingido.  

O calor tem três classificações próprias, como vamos conferir em seguida.  

O calor latente é como chamamos a troca de calor entre dois corpos ou substância que transforma o estado atual deste corpo ou substância.  

Por exemplo, quando a água passa do estado líquido para o gasoso, ela é uma substância que sofre o processo de calor latente. Ela recebe calor e se transforma.  

Já o calor sensível é aquele que não causa mudança de estado, mas apenas mudança de temperatura do corpo ou substância.  

Assim, quanto mais calor esse corpo ou substância recebe, maior será sua temperatura, em uma relação diretamente proporcional.  

Podemos dar o exemplo de quando colocamos uma chaleira de água no fogão, mas desligamos a chaleira antes de ela começar a ferver.  

Não acontece a mudança de estado, mas a água fica com uma temperatura mais alta do que estava antes.  

Por sua vez, o calor específico define a variação térmica de um corpo ou substância.  

Ou seja, a relação entre a quantidade de calor que esse corpo ou substância tinha antes de começar a receber ou perder calor e quanto essa quantidade variou.  

A temperatura é uma grandeza que se refere à agitação das moléculas, indicando se um corpo ou substância está quente ou frio.  

Essa é uma grandeza diretamente proporcional, o que significa que quanto maior a agitação das moléculas, maior será a temperatura do corpo ou substância.  

Não existe um limite máximo que uma temperatura pode chegar, porém existe um limite mínimo, chamado de  zero absoluto .  

Essa medida corresponde a  -273,15 °C . Isso significa que nesta temperatura, a agitação molecular é quase nula.  

A maneira de medir a temperatura está ligada à  dilatação ou contração térmica  dos materiais. Ou seja, o quanto as moléculas se afastam ou contraem ao se agitarem.  

Quando há aumento de temperatura, há aumento de agitação e vibração de moléculas, e esse movimento tende a fazer com que as moléculas se afastem, criando a dilatação.  

Porém, quando há esfriamento, as moléculas se agitam e vibram com menor intensidade, ficando mais próximas. Nesse caso, ocorre a contração.  

Para medir essa dilatação ou contração, utilizamos ferramentas que são construídas com escala térmica. Um exemplo do dia a dia é o termômetro de mercúrio.  

Por isso, quando medimos a temperatura com termômetro quando estamos com febre, ele consegue apontar em  graus , a unidade de medida da temperatura.  

A unidade de medida da temperatura é o grau, ele mede o  grau  de agitação de moléculas. Por isso, quando falamos em temperatura, sempre dissemos “X graus”.  

A escala termométrica nasceu da nossa necessidade de nomear uma quantidade de temperatura. Como saber o que é quente e o que é frio? Ela ajuda a entender.  

Porém, não existe apenas uma escala termométrica, existem três:  celsius ,  fahrenheit  e  kelvin .  

Esta é a escala utilizada no Brasil e em praticamente todos os países do mundo. Apenas os EUA, Birmânia e Libéria utilizam o Fahrenheit.  

A medida em Celsius foi inventada por Anders Celsius em 1742 e nela os pontos de fusão e ebulição são marcados, respectivamente, pelos graus 0 e 100.  

Já a medida em Fahrenheit foi criada por Daniel Gabriel Fahrenheit e é utilizada em apenas três países do mundo, como citamos acima.  

Esta também é uma escala que utiliza os pontos de fusão e ebulição como marcadores importantes, porém a representação em números é diferente.  

Na medição em Fahrenheit, o ponto de fusão fica em 32°F e o ponto de ebulição em 212°F.  

Isso porque enquanto as escalas de Celsius e Kelvin são divididas em 100 partes, a escala de Fahrenheit se divide em 180.  

Por sua vez, a escala Kelvin tem uma aplicação um pouco diferente das anteriores.  

A medição em Kelvin é mais utilizada nas Ciências e na resolução de exercícios, isso porque ela é a escala adotada como padrão pelo Sistema Internacional de Unidades e pela UIPAC (União Internacional da Química Pura e Aplicada).  

Foi criada em 1882 por Lorde Kelvin, e o 0 K, o zero grau na escala Kelvin, indica o zero absoluto. Nesta escala não existem temperaturas negativas.   

Os conteúdos de calorimetria do Enem podem incluir a conversão de temperaturas.  

Por isso, é essencial que você entenda como funciona a comparação entre as escalas termométricas e como converter as medidas.  

Fonte: manualdaquimica.com  

Para fazer a conversão de celsius para kelvin, e vice-versa, é preciso levar em conta que cada grau celsius equivale a um grau kelvin.  

Na escala kelvin, o zero absoluto é o grau 0, enquanto na escala celsius é -273,15 °C. Portanto, isso significa que vamos precisar deslocar um valor usando 273,15 na equação.  

Como as partes das duas escalas são diferentes, celsius é dividido em 100 e fahrenheit em 180, precisamos incluir uma divisão nessa conversão.  

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Como você já deve ter entendido até essa altura do artigo, o calor é energia em movimento e esse movimento pode ser medido por temperatura.  

E nessa transferência de energia térmica, o calor é propagado através de três principais processos:  condução ,  convecção  e  irradiação .  

A condução e a convecção são processos que precisam de um meio para se propagar, enquanto a irradiação é um processo que não precisa.  

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Agora que você já entendeu o que é a calorimetria e como ela funciona, vamos às questões para treinar.  

Reunimos aqui algumas questões que já caíram no Enem. As respostas você encontra na conclusão deste artigo.  

As características físicas, tanto do material como da estrutura projetada de uma edificação, são a base para compressão de resposta daquela tecnologia construtiva em termos de conforto ambiental.  

Nas mesmas condições ambientais (temperatura. umidade e pressão), uma quadra terá melhor conforto térmico se...  

Em uma aula experimental de calorimetria, uma professora queimou 2,5 g de castanha-de-caju crua para aquecer 350 g de água, em um recipiente apropriado para diminuir as perdas de calor.  

Com base na leitura da tabela nutricional a seguir e da medida da temperatura da água, após a queima total do combustível, ela concluiu que 50% da energia disponível foi aproveitada. O calor específico da água é 1 cal g–1 °C–1, e sua temperatura inicial era de 20 ºC.

Qual foi a temperatura da água, em grau Celsius, medida ao final do experimento?

Num dia em que a temperatura ambiente é de 37 ºC, uma pessoa, com essa mesma temperatura corporal, repousa à sombra. Para regular sua temperatura corporal e mantê-la constante, a pessoa libera calor através da evaporação do suor.  

Considere que a potência necessária para manter seu metabolismo é 120 W e que, nessas condições, 20% dessa energia é dissipada pelo suor, cujo calor de vaporização é igual ao da água (540 cal/g). Utilize 1 cal igual a 4 J.  

Após duas horas nessa situação, que quantidade de água essa pessoa deve ingerir para repor a perda pela transpiração?

Mesmo para peixes de aquário, como o peixe arco-íris, a temperatura da água fora da faixa ideal (26 ºC a 28 ºC), bem como sua variação brusca, pode afetar a saúde do animal. Para manter a temperatura da água dentro do aquário na média desejada, utilizam-se dispositivos de aquecimento com termostato.  

Por exemplo, para um aquário de 50 L, pode-se utilizar um sistema de aquecimento de 50 W otimizado para suprir sua taxa de resfriamento. Essa taxa pode ser considerada praticamente constante, já que a temperatura externa ao aquário é mantida pelas estufas. Utilize para a água o calor específico 4,0 kJ kg–1 K–1 e a densidade 1 kg L–1.  

Se o sistema de aquecimento for desligado por 1 h, qual o valor mais próximo para a redução da temperatura da água do aquário?

Para solucionar essas incorreções, deve-se associar à porta e aos cobertores, respectivamente, as funções de:

Chegando ao final, esperamos que este artigo tenha ajudado você a se familiar ainda mais com a calorimetria, seus conceitos e fórmulas.  

Confira as alternativas corretas das questões: