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Calor Específico

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Definição

A Capacidade de calor é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de uma substância ou sistema em um grau, geralmente expressa em calorias por grau Celsius

A capacidade de calor de uma substância é uma medida de quão bem a substância armazena calor. Sempre que fornecermos calor a um material, isso necessariamente causará um aumento na temperatura do material. A capacidade calorífica é definida como a quantidade de calor necessária por unidade de aumento de temperatura, de modo que

Calor adicionado = capacidade de calor x (mudança de temperatura)

Assim, materiais com grandes capacidades de calor, como a água, mantêm bem o calor – sua temperatura não aumenta muito para uma determinada quantidade de calor – enquanto que materiais com baixa capacidade térmica, como cobre, não retêm calor – sua temperatura aumentará significativamente quando o calor é adicionado.

O que é Calor específico?

O Calor específico é uma medida usada em termodinâmica e calorimetria que indica a quantidade de energia térmica necessária para aumentar a temperatura de uma determinada massa de uma determinada substância em alguma quantidade.

Embora diferentes escalas de medida sejam usadas às vezes, esse termo geralmente se refere especificamente à quantidade necessária para elevar 1 grama de alguma substância em 1,8° F (1° Celsius). Segue-se que, se duas vezes mais energia é adicionada a uma substância, sua temperatura deve aumentar duas vezes mais.

O calor específico é geralmente expresso em joules, a unidade normalmente usada em química e física para descrever a energia. É um fator importante na ciência, engenharia e na compreensão do clima da Terra.

Calor e Temperatura

A energia térmica e a temperatura são dois conceitos diferentes, e entender a diferença é importante.

A primeira é uma quantidade em termodinâmica que descreve a quantidade de mudança que um sistema pode causar ao seu ambiente. A transferência dessa energia para um objeto faz com que suas moléculas se movimentem mais rapidamente; esse aumento na energia cinética é o que é medido ou experimentado como um aumento na temperatura.

Calor específico e capacidade térmica

Essas duas propriedades são freqüentemente confundidas.

O primeiro é o número de joules necessários para aumentar a temperatura de uma determinada massa de uma substância por alguma unidade. É sempre dado “por unidade de massa”, por exemplo, 0,45 j / g °C, que é o calor específico do ferro, ou o número de joules de energia térmica para elevar a temperatura de um grama de ferro em um grau Celsius. Este valor é, portanto, independente da quantidade de ferro.

A capacidade de aquecimento – às vezes chamada de “massa térmica” – é o número de joules necessários para elevar a temperatura de uma massa específica de material a 1,8° F (1° Celsius) e é simplesmente o calor específico do material multiplicado por sua massa. É medido em joules por °C. A capacidade de calor de um objeto feito de ferro, e pesando 100g, seria 0,45 X 100, dando 45j / °C. Essa propriedade pode ser considerada como a capacidade de um objeto de armazenar calor.

O calor específico de uma substância é mais ou menos verdadeiro em uma ampla faixa de temperaturas, ou seja, a energia necessária para produzir um aumento de um grau em uma determinada substância varia apenas ligeiramente com seu valor inicial. Não se aplica, no entanto, quando a substância sofre uma mudança de estado. Por exemplo, se o calor é continuamente aplicado a uma quantidade de água, ele produzirá um aumento na temperatura de acordo com o calor específico da água. Quando o ponto de ebulição é alcançado, no entanto, não haverá mais aumento; em vez disso, a energia irá para a produção de vapor de água. O mesmo se aplica aos sólidos quando o ponto de fusão é atingido.

Uma medida de energia agora desatualizada, a caloria, é baseada no calor específico da água. Uma caloria é a quantidade de energia necessária para elevar a temperatura de um grama de água a 1,8 °F (1° C) à pressão atmosférica normal. É equivalente a 4.184 joules. Valores ligeiramente diferentes podem ser dados para o calor específico da água, pois varia um pouco com a temperatura e a pressão.

Efeitos

Substâncias diferentes podem ter aquecimentos específicos muito diferentes. Metais, por exemplo, tendem a ter valores muito baixos. Isso significa que eles se aquecem rapidamente e se resfriam rapidamente; eles também tendem a se expandir significativamente à medida que ficam mais quentes.

Isso tem implicações para a engenharia e o design: muitas vezes, é preciso fazer concessões para a expansão de peças metálicas em estruturas e maquinário.

A água, em contraste, tem um calor específico muito alto – nove vezes o do ferro e 32 vezes o do ouro. Devido à estrutura molecular da água, uma grande quantidade de energia é necessária para aumentar a sua temperatura em até mesmo uma pequena quantidade. Isso também significa que a água morna leva muito tempo para esfriar.

Esta propriedade é essencial para a vida na Terra, pois a água tem um efeito estabilizador significativo no clima global. Durante o inverno, os oceanos se resfriam lentamente e liberam uma quantidade significativa de calor no ambiente, o que ajuda a manter a temperatura global razoavelmente estável.

Por outro lado, no verão, é preciso muito calor para aumentar significativamente a temperatura do oceano. Isto tem um efeito moderador no clima. Os interiores continentais, longe do oceano, experimentam extremos de temperaturas muito maiores do que as regiões costeiras.

Capacidade de calor

Calor específico
Capacidade térmica específica é a energia necessária para elevar a temperatura de um material em um grau

A capacidade de calor de um sistema definido é a quantidade de calor (geralmente expressa em calorias, quilocalorias ou joules) necessária para elevar a temperatura do sistema em um grau (geralmente expresso em Celsius ou Kelvin).

É expresso em unidades de energia térmica por grau de temperatura.

Para auxiliar na análise de sistemas com certas dimensões específicas, pode-se usar capacidade de calor molar e capacidade específica de calor.

Para medir a capacidade de calor de uma reação, um calorímetro deve ser usado.

Os calorímetros de bomba são usados para capacidades de calor de volume constante, embora um calorímetro de xícara de café seja suficiente para uma capacidade de calor de pressão constante.

Capacidade de calor – Definição

Capacidade calorífica, relação de calor absorvido por um material para a mudança de temperatura. Geralmente é expresso como calorias por grau em termos da quantidade real de material a ser considerado, mais comumente uma toupeira (o peso molecular em gramas). A capacidade de calor em calorias por grama é chamado calor específico. A definição da caloria é baseada no calor específico da água, definido como uma caloria por grau Celsius.

Em temperaturas suficientemente altas, a capacidade de calor por átomo tende a ser a mesma para todos os elementos.

Para metais de maior peso atômico, essa aproximação já é boa à temperatura ambiente, dando origem à lei de Dulong e Petit.

Para outros materiais, a capacidade de calor e sua variação de temperatura dependem das diferenças nos níveis de energia para átomos (estados quânticos disponíveis).

As capacidades de calor são medidas com uma variedade de calorímetros e, usando a formulação da terceira lei da termodinâmica, as medições de capacidade de calor tornaram-se importantes como meio de determinar entropies de vários materiais.

Tabela de calorias específicas comuns e capacidades térmicas

Este gráfico de valores específicos de capacidade de calor e calor deve ajudá-lo a ter uma noção melhor dos tipos de materiais que conduzem o calor prontamente em comparação àqueles que não o fazem. Como você poderia esperar, os metais têm níveis específicos relativamente baixos.

Material

Calor específico
(J/g°C)

Capacidade de calor
(J/°C for 100 g)

Ouro 0.129 12.9
Mercúrio 0.140 14.0
Cobre 0.385 38.5
Ferro 0.450 45.0
Sal (Nacl) 0.864 86.4
Alumínio 0.902 90.2
Ar 1.01 101
Gelo 2.03 203
Água 4.179 417.9

Fórmula de Capacidade de Calor

A capacidade térmica, ou “massa térmica” de um objeto, é definida como a Energia em Joules requerida para elevar a temperatura de um determinado objeto em 1º C. Este é o ‘calor específico’ do objeto (uma propriedade física/química definida ) multiplicado pela sua massa e pela mudança de temperatura.

Capacidade calorífica = massa x calor específico x mudança de temperatura

Q = m.c.?T.

Q = capacidade de calor, J

m = massa, g

c = calor específico do objeto, J / (g-ºC)

?T = mudança de temperatura, ºC

Fonte: chem.libretexts.org/www.wisegeek.org/www.britannica.com/www.thoughtco.com/theory.uwinnipeg.ca/www.softschools.com

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