Calor Específico
O calor específico (c) é uma grandeza física que está relacionada com a quantidade de calor que produz uma variação térmica, sendo uma característica de cada material.
Dessa forma, ele determina a quantidade de calor necessária para a variação de 1 °C de 1g da substância.
Tabela de Calor Específico
Lembre-se que cada substância apresenta um calor específico. Confira abaixo uma tabela com 15 substâncias e os valores do calor específico de cada uma.
| Substância | Calor Específico (cal/g.ºC) |
|---|---|
| Água | 1 cal/g.ºC |
| Álcool Etílico | 0,58 cal/g.ºC |
| Alumínio | 0,22 cal/g.ºC |
| Ar | 0,24 cal/g.ºC |
| Areia | 0,2 cal/g.ºC |
| Carbono | 0,12 cal/g.ºC |
| Chumbo | 0,03 cal/g.ºC |
| Cobre | 0,09 cal/g.ºC |
| Ferro | 0,11 cal/g.ºC |
| Gelo | 0,50 cal/g.ºC |
| Hidrogênio | 3,4 cal/g.ºC |
| Madeira | 0,42 cal/g.ºC |
| Nitrogênio | 0,25 cal/g.ºC |
| Oxigênio | 0,22 cal/g.ºC |
| Vidro | 0,16 cal/g.ºC |
De acordo com os dados da tabela a água apresenta calor específico de 1 cal/g.ºC. Isso quer dizer que é necessária a energia de 1 cal para que haja a variação de 1 ºC em 1 g de água.
Fórmula do Calor Específico
Para calcular o calor específico das substâncias utiliza-se a seguinte fórmula:
c = Q/m. ΔT ou c = C/m
Onde,
c: calor específico (cal/g.°C ou J/Kg.K)
Q: quantidade de calor (cal ou J)
m: massa (g ou Kg)
ΔT: variação de temperatura (°C ou K)
C: capacidade térmica (cal/°C ou J/K)
No Sistema Internacional (SI), o calor específico é medido em J/Kg.K (Joule por quilograma e por Kelvin). No entanto, é muito comum ser medido em cal/g.°C (caloria por grama e por grau Celsius).
1 cal = 4,186 J
Calor Específico Molar
O calor específico molar, também chamado de capacidade calorífica molar, é determinado pela relação entre a capacidade térmica e o número de mols presentes.
Assim, quando a capacidade calorífica de uma substância é dada para um mol dessa substância, ela passa a designar-se calor específico molar.
Calor Específico e Capacidade Térmica
Outro conceito que está relacionado com o calor específico é o de capacidade térmica (C).
Essa grandeza física é determinada pela quantidade de calor fornecida a um corpo e a variação de temperatura sofrida por ele.
Ela pode ser calculada pela seguinte fórmula:
C = Q/ΔT
Onde,
C: capacidade térmica (cal/°C ou J/K)
Q: quantidade de calor (cal ou J)
ΔT: variação de temperatura (°C ou K)
Exemplo: Se um corpo recebeu 100 cal e sua temperatura variou 25 ºC, então sua capacidade térmica é 4 cal/º C pois
C = Q/ΔT
C = 100 cal / 25 ºC
C = 4 cal/ ºC
Isso significa que para variar 1 ºC de sua temperatura, o corpo precisa receber 4 cal.
A capacidade térmica e o calor específico estão relacionados através da fórmula:
c = C/m
Onde,
C: capacidade térmica (cal/°C ou J/K)
m: massa (g ou Kg)
c: calor específico (cal/g°C ou J/Kg.K)
Se no exemplo utilizado anteriormente o corpo apresenta uma massa de 10 gramas, então seu calor específico é 0,4 cal/g.ºC, pois
c = C/m
c = 4 cal/ºC / 10 g
c = 0,4 cal/g.ºC
Portanto, 1 grama da substância necessita de 0,4 cal para variar 1 ºC de sua temperatura.
Calor Latente e Calor Sensível
Além do calor específico, existem outras formas de calor, das quais se destacam:
Calor Latente (L): corresponde a quantidade de calor recebida ou cedida por um corpo. Nesse caso, sua temperatura permanece a mesma, enquanto seu estado físico se modifica.
No Sistema Internacional (SI), o calor latente é medido em J/Kg (Joule por quilograma), entretanto, pode ser medido em cal/g (caloria por grama). Ele é calculado pela seguinte fórmula:
Q = m . L
Onde,
Q: quantidade de calor (cal ou J)
m: massa (g ou Kg)
L: calor latente (cal/g ou J/Kg)
Obs: diferente do calor específico, o latente não depende da temperatura. Isso porque quando ocorre as mudanças de estado, a temperatura não varia. Por exemplo, um cubo de gelo derretendo, a temperatura da água em estado sólido e líquido é a mesma.
Calor Sensível: corresponde a variação de temperatura de um corpo, por exemplo, quando aquecemos uma barra de metal. Nessa experiência, a temperatura do metal aumenta, no entanto, seu estado físico (sólido) não se altera.
Ele é calculado pela seguinte fórmula:
Q = m . c . Δθ
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 sobre: Calorimetria
Exercícios sobre Calor Específico
Questão 1
(Mackenzie) Em uma manhã de céu azul, um banhista na praia observa que a areia está muito quente e a água do mar está muito fria. À noite, esse mesmo banhista observa que a areia da praia está fira e a água do mar está morna. O fenômeno observado deve-se ao fato de que:
a) a densidade da água do mar é menor que a da areia.
b) o calor específico da areia é menor que o calor específico da água.
c) o coeficiente de dilatação térmica da água é maior que o coeficiente de dilatação térmica da areia.
d) o calor contido na areia, à noite, propaga-se para a água do mar.
e) a agitação da água do mar retarda seu resfriamento.
Questão 2
(UFPR) Para aquecer 500 g de certa substância de 20 ºC para 70 ºC, foram necessárias 4 000 calorias. A capacidade térmica e o calor específico valem respectivamente:
a) 8 cal/ ºC e 0,08 cal/g .ºC
b) 80 cal/ ºC e 0,16 cal/g. ºC
c) 90 cal/ ºC e 0,09 cal/g. ºC
d) 95 cal/ ºC e 0,15 cal/g. ºC
e) 120 cal/ ºC e 0,12 cal/g. ºC
Questão 3
(UFU) 240 g de água (calor específico igual a 1 cal/g°C) são aquecidos pela absorção de 200 W de potência na forma de calor. Considerando 1 cal = 4 J, o intervalo de tempo necessário para essa quantidade de água variar sua temperatura em 50 °C será de?
a) 1 min
b) 3 min
c) 2 min
d) 4 min
Estude com mais exercícios sobre temperatura e calor.
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