Calor específico e capacidade térmica
O calor específico (c) representa uma proporcionalidade entre a energia recebida por uma substância e a variação de temperatura sofrida. É uma propriedade de cada material.
A capacidade térmica(C) também representa uma proporcionalidade entre o calor e a variação de temperatura, mas é uma propriedade do corpo, pois é obtida pela multiplicação da massa do corpo pelo calor específico do material do qual ele é feito.
C = m .c
Assim, pode-se reescrever a equação do calor sensível como:
Q=C. ΔT
Comparando dois corpos, aquele de maior capacidade térmica necessitará de mais energia para sofrer uma mesma variação de temperatura. Ou, fornecendo aos corpos a mesma energia, aquele de maior capacidade térmica sofrerá menor variação de temperatura.
Existe uma característica que é inerente do corpo que transmitirá ou receberá o calor, pois não basta que o calor seja transferido, é necessário que um corpo esteja apto a ceder ou receber este calor. Esta característica chama-se Capacidade térmica. Ela mede o quanto que uma substância pode reter de calor e por quanto tempo pode mantê-lo.
Por ser uma característica de cada corpo, as substâncias possuem diferentes capacidades térmicas. Um exemplo é a areia da praia e a água do mar. A areia esquenta muito rápido, mas esfria rapidamente também, enquanto que a água demora para esquentar, contudo esfria mais devagar da mesma forma. Neste caso, a água possui capacidade térmica maior que a areia.
A capacidade térmica determina a quantidade calor que um corpo precisa receber para alterar sua temperatura em uma unidade. Cada corpo comporta-se de forma diferente ao receber uma determinada quantidade de calor, e um exemplo em que podemos perceber isso facilmente ocorre na praia. A areia e a água do mar estão submetidas à mesma fonte de calor, o sol, mas a areia fica muito mais quente do que a água. Isso acontece porque a areia e a água possuem capacidades térmicas diferentes.
Sendo assim, a capacidade térmica é uma grandeza que depende da quantidade de calor recebida e da variação de temperatura sofrida por um corpo. Ela pode ser definida da seguinte forma:
“A capacidade térmica (C) é a razão entre a quantidade de calor (Q) recebida por um corpo e a variação de temperatura (ΔT) sofrida por ele.”
Matematicamente, essa relação é dada pela expressão:
C = Q
ΔT
A unidade de medida da capacidade térmica no Sistema Internacional é calorias por grau Celsius (cal/ºC). Um exemplo para compreender melhor a interpretação dessa grandeza é a seguinte situação:
Se um corpo recebe 1000 cal e aumenta sua temperatura em 20ºC, sua capacidade térmica é?
C = Q = 1.000 = 50 cal/ºC
ΔT 20
Ou seja, a cada 50 calorias que o corpo recebe, sua temperatura varia em 1ºC.
Podemos concluir, portanto, que a capacidade térmica é proporcional à massa dos corpos. Essa proporcionalidade é definida por uma grandeza denominada calor específico (c), que é determinado pela razão constante entre a capacidade térmica e a massa de uma substância, sendo expresso matematicamente pela equação:
c = Cm
A unidade de medida do calor específico é cal/g.ºC. Essa grandeza define a quantidade de calor que deve ser fornecida ou retirada de cada 1 grama de um material para variar sua temperatura em 1ºC.
A capacidade térmica e o calor específico dos materiais podem ser determinados com o uso de um calorímetro, um aparelho com isolação térmica utilizado para estudar as trocas de calor entre corpos de diferentes temperaturas.
A capacidade térmica (C) também é definida como a quantidade de calor que um corpo precisa para variar sua temperatura em uma unidade. Matematicamente é equivalente:
C=Q /ΔT
onde ΔT é a variação de temperatura, Q é a quantidade de calor e C a capacidade térmica, esta última em cal/ºC (calorias por graus Celsius) ou J/K (Joule por Kelvin).
Exercícios
1-A tabela abaixo apresenta a massa m de cinco objetos de metal, com seus respectivos calores específicos sensíveis c.
Para calcular utilize C = m .c
Metal c(cal/gºC) m(g)
Alumínio 0,217 100
Ferro 0,113 200
Cobre 0,093 300
Prata 0,056 400
Chumbo 0,031 500
O objeto que tem maior capacidade térmica é o de:
a) alumínio
b) ferro
c) chumbo
d) prata
e) cobre
2-Define-se a capacidade térmica de um corpo (C) como a razão entre a quantidade de calor que ele recebe (Q) e a correspondente variação de temperatura ocorrida (ΔT):
Se um corpo de capacidade térmica igual a 25 cal/ºC recebe calor de uma fonte durante 20 minutos com taxa constante de 50 cal/min, ele sofre uma variação de temperatura, em ºC, igual a
a) 10,0.
b) 40,0.
c) 50,0.
d) 62,5.
e) 84,5.
3-Leia as afirmações a respeito da capacidade térmica de um corpo e dê como resposta a soma dos valores das afirmações corretas.
01) A capacidade térmica é determinada pela razão entre a variação de temperatura de um corpo e a quantidade de calor recebida.
02) A capacidade térmica pode ser determinada pelo produto da massa pelo calor específico do corpo.
04) A unidade de medida da capacidade térmica, de acordo com o Sistema Internacional de Unidades, é cal/ºC.
08) Se a capacidade térmica de um corpo for de 30 cal/ºC e sua massa corresponder a 2 kg, o calor específico desse material será de 0,015 cal/g°C.
16) A capacidade térmica é inversamente proporcional à massa da substância.
a) 14
b) 31
c) 23
d) 15
e) 7
4-Determine a capacidade térmica, em cal/°C, para 300 g de uma substância que possui calor específico igual a 0,09 cal/g.ºC.
a) 9
b) 12
c) 15
d) 27
e) 33Material apoio.
Chumbo 0,031 500
O objeto que tem maior capacidade térmica é o de:
a) alumínio
b) ferro
c) chumbo
d) prata
e) cobre
2-Define-se a capacidade térmica de um corpo (C) como a razão entre a quantidade de calor que ele recebe (Q) e a correspondente variação de temperatura ocorrida (ΔT):
Se um corpo de capacidade térmica igual a 25 cal/ºC recebe calor de uma fonte durante 20 minutos com taxa constante de 50 cal/min, ele sofre uma variação de temperatura, em ºC, igual a
a) 10,0.
b) 40,0.
c) 50,0.
d) 62,5.
e) 84,5.
3-Leia as afirmações a respeito da capacidade térmica de um corpo e dê como resposta a soma dos valores das afirmações corretas.
01) A capacidade térmica é determinada pela razão entre a variação de temperatura de um corpo e a quantidade de calor recebida.
02) A capacidade térmica pode ser determinada pelo produto da massa pelo calor específico do corpo.
04) A unidade de medida da capacidade térmica, de acordo com o Sistema Internacional de Unidades, é cal/ºC.
08) Se a capacidade térmica de um corpo for de 30 cal/ºC e sua massa corresponder a 2 kg, o calor específico desse material será de 0,015 cal/g°C.
16) A capacidade térmica é inversamente proporcional à massa da substância.
a) 14
b) 31
c) 23
d) 15
e) 7
4-Determine a capacidade térmica, em cal/°C, para 300 g de uma substância que possui calor específico igual a 0,09 cal/g.ºC.
a) 9
b) 12
c) 15
d) 27
e) 33Material apoio.
Vídeos youtube: https://www.youtube.com/watch?v=hsjynlSYQI4&t=153s https://www.youtube.com/watch?v=1U7R5Z3IkSs&list=PLNfWNKz4iEr8BomfEyW-Wt4tEQSZp7J3U&index=2 https://www.youtube.com/watch?v=op5vkU5srAM&list=PLNfWNKz4iEr8BomfEyW-Wt4tEQSZp7J3U&index=3 https://www.youtube.com/watch?v=1V6D7HCi-Fs&list=PLNfWNKz4iEr8BomfEyW-Wt4tEQSZp7J3U&index=4 https://www.youtube.com/watch?v=PGIV4ythXPc&list=PLNfWNKz4iEr8BomfEyW-Wt4tEQSZp7J3U&index=5
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