A natureza do calor foi esclarecida pelo fato que parecia evidente e indiscutível:
ao aquecermos um sistema, a temperatura
do mesmo aumentar, sendo isto o indício de que o sistema cede “algo”.
Precisamente este “algo” tem sido chamado de “calor”. Mas como explicar
o seguinte fenômeno: um metal em contato com um outro metal, como
o caso de um projetil em um canhão, ao ser disparado o canhão
aumenta a sua
temperatura, ou seja, o segundo
metal em contato teve a sua temperatura aumentada. Suponhamos, agora,
um peso de um lado de uma roldana e do outro lado uma hélice dentro
de um recipiente com água, como mostra a figura abaixo, como explicar
que ao cair o peso e movimentar a hélice, ocorre um aumento de
temperatura
no líquido.
Acerca da natureza do calor haviam duas hípóteses no início
do século 17. A primeira dizia que o calor é uma substância
e Galileu foi adepto desta hipótese (1613). De acordo com tal conceito,
o calor fica constituído por uma substância extraordinária
capaz de se penetrar em todos os corpos e abandoná-los facilmente.
Essa substância termogênea não se pode gerar nem suprimir,
mas sim apenas ser distribuída e redistribuída entre os corpos.
Quando a quantidade de calor do corpo diminui, de substância termogênea,
a sua temperatura abaixa (veja como essa dedução estaria
de acordo com a nossa experiência cotidiana e contraditória
com o conceito de calor, como veremos a seguir). No caso de em um
determinado corpo faltar totalmente a substância termogênea,
o mesmo atinge a temperatura mínima possível pela teoria
do calórico.
A segunda hipótese foi avançada, em 1620, pelo filósofo
inglês F. Bacon (1561 - 1626). Ele observou o fato que conhecia
todo o ferreiro: fortes e freqüentes marteladas produzem o aquecimento
de um pedaço de ferro. Conhecia-se, igualmente, o método
de obtenção do fogo pelo atrito. F. Bacon concluíu
que o calor é um movimento interno das pequeníssimas partículas
que constituem o corpo, onde a temperatura do corpo depende da velocidade
de movimento dessas partículas. Esta hipótese tem o nome
de teoria mecânica do calor e foi, em grande parte, argumentada e
desenvolvida no período de 1711 - 1765.
Benjamin Thomson (depois Conde de Rumford) fez vários
experimentos quantitativos de conversão de trabalho em calor, sugeriu
em 1798 que o calor desenvolvido em uma operação com um canhão,
deveria provir da energia mecânica gasta neste processo. Ele avaliou
o trabalho produzido por um cavalo em uma hora.
Numa definição mais específica de calor em Termodinâmica,
calor é a quantidade que escoa através das
fronteiras
de um
sistema durante uma mudança
de estado, em virtude de uma diferença de temperatura entre o sistema
e suas
vizinhanças, e escoa de um
ponto à temperatura mais alta para outro à temperatura mais
baixa. Em termos moleculares,
calor é a transferência
de energia que se aproveita do movimento caótico das moléculas.
Para uma melhor compreensão, devemos atentar para alguns fatores:
O
calor aparece apenas na fronteira do sistema;
O
calor se manifesta por um efeito nas vizinhanças;
O
calor é positivo quando a vizinhança é resfriada,
caracterizando o escoamento para o sistema;
O calor é negativo quando uma determinada massa na vizinhança
é aquecida, caracterizando escoamento para a mesma.
Trabalho sendo realizado
em um sistema separado da vizinhança por uma fronteira adiabática
(sem troca de calor):
