O que pode ocorrer com uma substância ao receber ou perder o calor?

O calor latente, também chamado de calor de transformação, é uma grandeza física que designa a quantidade de calor recebida ou cedida por um corpo enquanto seu estado físico se modifica.

Importante destacar que durante a transformação a temperatura permanece a mesma, ou seja, constante.

Como exemplo, podemos pensar num cubo de gelo que está derretendo. Quando ele começa a mudar de estado físico (sólido para o líquido), a temperatura da água permanece a mesma nos dois estados.

Fórmula

Para calcular o calor latente é utilizada a fórmula:

Onde,

Q: quantidade de calor (cal ou J)
m: massa (g ou Kg)
L: calor latente (cal/g ou J/Kg)

No Sistema Internacional (SI), o calor latente é dado em J/Kg (Joule por quilograma). Mas também é usual ser medido em cal/g (caloria por grama).

Note que o calor latente pode apresentar valores negativos ou positivos. Sendo assim, se a substância estiver cedendo calor seu valor será negativo (processo exotérmico). Isso ocorre na solidificação e liquefação.

Por outro lado, se tiver recebendo calor, o valor será positivo (processo endotérmico). Isso ocorre na fusão e na vaporização.

Calor Latente de Vaporização

No calor latente ocorre a mudança de estado físico. Ou seja, a substância pode passar do estado sólido para o líquido, do líquido para o gasoso e vice-versa.

Quando a mudança é da fase líquida para a fase gasosa o calor latente é chamado calor de vaporização (Lv).

calor latente de vaporização da água é de 540 cal/g. Ou seja, são necessárias 540 cal para evaporar 1 g de água a 100 °C.

Nesse caso, a quantidade de calor necessária (Q) é proporcional à massa da substância (m):

onde,

Lv: é um valor constante que depende da substância.

Leia Estados Físicos da Água.

Calor Específico

O calor específico é a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de 1 °C de 1g do elemento. Cada substância possui um calor específico, sendo uma propriedade do material.

Ele é calculado pela fórmula:

ou

Onde,

c: calor específico (cal/g°C ou J/Kg.K)
Q: quantidade de calor (cal ou J)
m: massa (g ou Kg)
Δθ: variação de temperatura (°C ou K)
C: capacidade térmica (cal/°C ou J/K)

Calor Sensível

O calor sensível provoca mudanças de temperatura. É uma grandeza diferente do calor latente, pois modifica a temperatura sem alterar estado da substância.

Um exemplo é quando aquecemos uma barra de metal. O resultado será observado pelo aumento da temperatura do material, no entanto, seu estado sólido não se altera.

Para calcular o calor sensível utiliza-se a seguinte fórmula:

Q: quantidade de calor sensível (cal ou J)
m: massa do corpo (g ou Kg)
c: calor específico da substância (cal/g°C ou J/Kg.°C)
Δθ: variação de temperatura (°C ou K)

Leia também Calorimetria.

Exercícios de Calor Latente

Exercício 1

(Unifor-CE) Um cubo de gelo de massa 100 g, inicialmente à temperatura de - 20 °C, é aquecido até se transformar em água a 40 °C (dados: calor específico do gelo 0,50 cal/g °C; calor específico da água 1,0 cal/g °C; calor de fusão do gelo 80 cal/g). As quantidades de calor sensível e de calor latente trocados nessa transformação, em calorias, foram, respectivamente:

a) 8.000 e 5.000
b) 5.000 e 8.000
c) 5.000 e 5.000
d) 4.000 e 8.000
e) 1.000 e 4.000

Ver Resposta

Resposta correta b) 5.000 e 8.000

O objetivo é determinar os calores latente e sensível. São as energias usadas para mudar de estado e alterar a temperatura.

Os dados são:

• m=100 g

• Fase inicial: gelo a -20°C

• Fase final: água líquida a 40°C

• calor específico do gelo 0,50 cal/g °C

• calor específico da água 1,0 cal/g °C

• calor de fusão do gelo 80 cal/g

Calculo do calor latente (fusão)

Cálculo do calor sensível

O calor sensível acontece durante as fases sólida e líquida e queremos determinar o total durante o processo.

Desta forma, os calores sensível e latente são, respectivamente, 5000 e 8000.

Exercício 2

(UNIP-SP) O calor específico latente de fusão do gelo é de 80 cal/g. Para fundir uma massa de gelo de 80g, sem variação de temperatura, a quantidade de calor latente necessária é de:

Ver Resposta

Resposta correta:

O calor latente é o produto entre a massa e o calor específico.

Escrevendo em notação científica

Exercício 3

(FUVEST) Dispõe-se de água a 80°C e gelo a 0°C. Deseja-se obter 100gramas de água a uma temperatura de 40°C (após o equilíbrio), misturando água e gelo em um recipiente isolante e com capacidade térmica desprezível. Sabe-se que o calor específico latente de fusão do gelo é 80 cal/g e o calor específico sensível da água é 1,0 cal/g°C. A massa de gelo a ser utilizada é:

a) 5,0g
b) 12,5g
c) 25g
d) 33g
e) 50g

Ver Resposta

Alternativa c) 25g

Objetivo: determinar a massa de gelo que satisfaça as condições.

Dados:
Água líquida a 80°C;
Gelo a 0°C;
Calor específico latente de fusão do gelo é 80 cal/g (L);
Calor específico sensível da água é 1,0 cal/g°C (c);
massa total 100g

Equação 1:

Modelo matemático a ser usado
No equilíbrio as transferências de calor serão iguais a zero.
(equação 2)

O gelo passa por dois processos: o de fusão a 0°C e o de aquecimento da fase líquida de 0°C à 40°C.

A água líquida passa por uma redução de temperatura, neste processo, apenas o calor sensível age.

Substituindo os calores da água e do gelo na equação 2, temos:

Substituindo os valores fornecidos nos dados,

Determinamos que a massa de gelo é três vezes a massa de água líquida.

Substituindo essa relação na equação 1:

Portanto, a massa de gelo deve ser de 25 g.

Professor Licenciado em Matemática e pós-graduado em Ensino da Matemática e Física (Fundamental II e Médio), com formação em Magistério (Fundamental I). Engenheiro Mecânico pela UERJ, produtor e revisor de conteúdos educacionais.

O que pode ocorrer com a substância ao receber ou perder calor?

Quando uma substância muda de fase ela absorve ou cede energia por calor?

O que acontece com a temperatura durante a mudança de estado de uma substância pura é cristalina?

Quais são os processos de mudança de estado físico da matéria em que a substância perde calor?