A termofísica nos vestibulares

Em muitos vestibulares, a calorimetria é de grande incidência nas provas de Física. Um dos motivos dessa constante abordagem é o fato de que essa parte da Física surge em diversas situações cotidianas, por exemplo, ao se aquecer água para fazer um café, no funcionamento dos radiadores do carro e até mesmo para entender o porquê de, em uma praia, a areia se aquecer mais rapidamente do que a água.

Porém, o que nos chama atenção é que, apesar de possuir uma abordagem simples no ensino médio, com poucas equações, as questões de calorimetria são muito desafiantes para os vestibulandos. Quem não lembra do ensino médio os mecanismos de memorização das equações clássicas de calor sensível como Q= m.c.Δq  (conhecida como "que macete") e de calor latente Q = m.L (também conhecida como "que mole")?

Para que haja domínio dessa parte, sob o ponto de vista conceitual, o vestibulando deve saber interpretar a curva de aquecimento (ou resfriamento) de substâncias simples e identificar em que processos é permitida a aplicação de cada equação. Como exemplo, nos casos em que a temperatura da substância varia, utiliza-se a expressão do calor sensível. Já nos fenômenos em que ocorre mudança de estado, a expressão a ser utilizada é a do calor latente.

Porém, os desafios encontrados pelos estudantes, em sua maior parte, não se encontram no âmbito conceitual, mas sim em dois grandes pilares operacionais, que são as operações matemáticas e as transformações de unidades. Como sugestão, para superar esses desafios, no que diz respeito às operações matemáticas, o vestibulando deve desenvolver a habilidade de realizar contas com potências de dez. Além disso, vale ressaltar que, nas provas testes, se tiver boa capacidade de fazer contas aproximadas, o vestibulando pode ganhar um tempo considerável nos exames.

Em relação à transformação de unidades, uma boa dica é adotar como referência as unidades apresentadas na questão para o calor específico e para o calor latente. Como exemplo, se o calor específico de uma substância for expresso em cal/g⁰C, ao se utilizar a expressão do calor sensível, a unidade de calor deve ser caloria, a massa do corpo deve ser expressa em gramas e a temperatura, em graus Celsius. Caso a unidade do calor latente seja J/kg, na expressão do calor latente, deve-se utilizar calor em joules e massa em quilogramas.

Além dos pontos citados, nos exames atuais, é extremamente comum a incidência de questões de calorimetria em que a variável tempo é relevante. Para esses casos, uma dica é aplicar a expressão da potência média:

Nesse caso, é preciso atenção para as unidades de potência apresentadas na questão. Caso ela esteja no SI (W), a unidade de calor a ser utilizada deve ser joules e do tempo, segundos. Uma outra possibilidade seria a unidade da potência surgir em cal/s. Nesse caso, a unidade de calor deve ser calorias e a unidade de tempo, o minuto.

Finalmente, as questões de calorimetria podem envolver ainda a vazão de líquidos (normalmente água) em trocadores de calor, como radiadores e destiladores. Nessa situação, quando não há mudança de estado, é possível utilizar a expressão do calor sensível aplicada na equação da potência:

Lembrando que a densidade do líquido (d) é a relação entra massa (m) e volume (V), pode-se substituir a massa na expressão anterior:

Caso a expressão apresente a vazão volumétrica do líquido (razão entre o volume e o intervalo de tempo), pode-se determinar uma expressão final para esses casos, como ilustrado a seguir.

Espero que essas dicas sejam úteis para o seu aprimoramento em calorimetria e desejo boas provas no Enem e nos próximos vestibulares!