Como a física explica o que é o frio? Conheça a calorimetria, área que estuda o calor

O que é o frio? Sabe o que é calorimetria? Conhece as principais equações? O R7 entrevistou professores de física para explicar o fenômeno e, ao mesmo tempo, dar dicas sobre a matéria que pode ser cobrada no Enem (Exame Nacional do Ensino Médio) 2022 ou vestibulares.

Mas afinal o que é frio? Para a física, frio é a ausência de calor.

O professor Rodrigo Araújo, do curso pré-vestibular da Oficina do Estudante de Campinas (SP), explica que a calorimetria é a área da física que estuda as trocas de calor (energia térmica) entre os corpos e as suas consequências como as variações de temperatura e as mudanças de estado físico.

"Nem sempre as trocas de calor estão associadas a variações de temperatura, durante as mudanças de estado físico, que necessitam de muito calor para ocorrer, a temperatura de uma substância pura permanece constante e isso nos mostra que calor e temperatura são duas grandezas físicas diferentes que não devem ser confundidas", explica.

Ainda de acordo com Araújo, enquanto o calor é a energia em trânsito, que flui dos corpos mais quentes para os mais frios (até que ocorra o equilíbrio térmico), a temperatura é a medida de quão quente ou frio um corpo está. "A temperatura absoluta (na escala Kelvin) é proporcional à energia cinética das partículas de um sistema, mas não é, ela própria, uma forma de energia (ao contrário do calor)", esclarece.

Na prática, quando sentimos frio é porque o corpo está "perdendo" calor para o ambiente. O agasalho funciona como um isolante térmico, uma barreira para evitar a perda de calor e para que o corpo mantenha a temperatura de 36 graus.

Para Araújo , o estudante deve ter em mente para as provas dois conceitos centrais no estudo da calorimetria são o calor específico sensível (c) e o calor específico latente (L) de uma substância. Enquanto o primeiro mede a quantidade de energia necessária para que cada unidade de massa (1 grama ou 1 quilograma) da substância sofra uma variação unitária de temperatura (1°C ou 1K), o segundo mede quanta energia cada unidade de massa da substância deve ganhar ou ceder para sofrer uma mudança de estado físico.

"Assim, quanto maior for o calor específico sensível de uma substância, maior será a quantidade de energia necessária para aquecê-la. Da mesma forma, quanto maior for o calor específico latente dessa substância (para uma certa mudança de estado físico), maior será a quantidade de energia necessária para que ela sofra essa mudança de estado físico", comenta.

As relações são traduzidas matematicamente nas duas equações mais importantes da calorimetria explica Thiago Paulin Caraviello, professor de física do Curso e do Colégio Etapa:

Q=m.c.ΔT e Q=m.L

1ª equação: calor sensível

Expressa o calor () trocado em um processo em que há variação da temperatura sem mudança de estado físico. 

Onde: = massa; = calor específico; = temperatura final e = temperatura inicial.

2ª equação: calor latente

Expressa o calor () trocado em um processo em que há mudança de estado físico sem variação de temperatura.

Onde: = massa que troca de estado e = calor latente.

Caraviello explica que o calor latente representa a quantidade de calor que devemos fornecer (ou retirar) para que cada unidade de massa de uma substância possa promover sua mudança de estado físico, entretanto, se o calor fornecido a um corpo que gera apenas variação de temperatura é chamado de sensível.

Já o professor Venerando Santiago de Oliveira, do Poliedro Curso, explica que a calorimetria não é uma das partes da física mais cobradas em termos de quantidade de questões. "Em geral, mecânica e eletromagnetismo se destacam. No entanto, a calorimetria costuma ser relacionada a temas do cotidiano muito próximos dos estudantes e isso faz com que temas de calorimetria estejam sempre presentes nas provas mais importantes, como o Enem", diz.

Temas de destaque:

- Uso de termômetros para aferição de temperaturas em diferentes situações: medida de temperatura corpórea, medidas de temperatura do ambiente ou em processos caseiros ou industriais. 

- Como as escalas termométricas se compõem e como associar os valores de cada escala diferente que correspondem à mesma temperatura.

- As principais escalas termométricas em uso no mundo: Celsius (usada na maioria dos países do mundo), Kelvin (escala científica e oficial do Sistema Internacional de Unidades) e Fahrenheit (usada em alguns países ainda, mas em desuso).

- Como calcular a quantidade de calor envolvida em processos de aquecimento ou resfriamento de corpos ( );

- Como avaliar mudanças de estado físico da matéria (sólido, líquido e gasoso) e calcular a quantidade de calor envolvida nessas mudanças ( ).

- Como comparar materiais devido às suas propriedades térmicas como capacidade de transferência de calor ou de isolamento térmico.

- Como avaliar situações de equilíbrio térmico quando corpos a diferentes temperaturas são colocados em recipientes isolantes e passam por variações em suas temperaturas e ou mudanças de estado físico.

- Como caracterizar gases e avaliar mudanças em suas variáveis identificadoras (pressão, volume, temperatura e número de mols).

- Como avaliar o uso de transformações gasosas para transformar energia térmica em energia mecânica no funcionamento de máquinas térmicas como os motores a combustão dos automóveis, por exemplo.

- Como avaliar rendimentos de processos de transformação de energia térmica para realizar escolhas conscientes sobre materiais e usos da energia térmica em comparação com outras modalidades de energia, como a elétrica.