Calor específico

Calor específico: definição e explicação.

Nesta lição veremos o que é calor específico e qual é sua unidade de medida. Daremos uma definição detalhada e os calores específicos de algumas substâncias importantes.

Definição de Calor Específico

a calor específico (C_s) é a quantidade de energia absorvida (ou liberada) por 1 kg de substância durante um aumento (ou diminuição) na temperatura de 1 K (ou equivalente a 1 ° C).

Por exemplo, considere uma massa de 1 kg de ferro sofrendo um aumento de temperatura igual a 1 kelvin (K). Se medirmos a quantidade de calor absorvida pelo bloco de ferro, veremos que é igual a 450 J: isso significa que o calor específico do ferro é 450 J/(kg·K).

O calor específico é uma propriedade intensiva (e, portanto, característica de cada substância) e varia ligeiramente com a temperatura.

A substância com maior calor específico é a água (C_s = 4180 Jkg^-1k^-1). Os valores de calor específico dos sólidos tendem a zero à medida que a temperatura se aproxima do zero absoluto.

Unidade de medida para calor específico

Como mencionado, a unidade de medida do calor específico – adotada pelo Sistema Internacional – é J kg^-1k^-1 ou J/(kg K).

c._s = J / (kg K)

Como a escala Kelvin e a escala Celsius são escalas centígrados e, portanto, 1°C de diferença de temperatura corresponde a 1K de diferença de temperatura, a seguinte unidade de medida para calor específico também pode ser aceita:

c._s = J / (kg°C)

Os calores específicos de um material, expressos nas duas diferentes unidades de medida, correspondem numericamente; por exemplo:

c._s(Fe) = 450 J / (kg °C) = 450 J / (kg K)

O calor específico é frequentemente expresso em J/(g °C). A seguinte relação entre o calor específico expresso em J/(kg K) e o calor específico expresso em J/(g K) se aplica:

1000 J / (kg K) = J / (g K)

Assim, por exemplo, o calor específico do ferro expresso em J/(g K) é:

c._s(Fe) = 450 J / (kg K) = 0,450 J / (g K)

O calor às vezes é expresso em calorias e, portanto, o calor específico pode ser expresso em cal/(g·K). Entre o calor específico expresso em J/(g K) e o calor específico expresso em cal/(g K) aplica-se a seguinte relação:

cal / (gK) = 4,184 J / (gK)

Na verdade 1 cal = 4,184 J.

Portanto, o calor específico do ferro expresso em cal/(g K) é:

c._s(Fe) = 0,450: 4,184 = 0,107 cal / (g K)

Esta última unidade de medida também corresponde a kcal/(kg · K); então:

c._s(Fe) = 0,107 cal / (g K) = 0,107 kcal / (kg K)

Calor específico e lei fundamental da termologia

O calor específico pode ser encontrado na lei fundamental da termologia. A fórmula desta lei nos permite calcular a quantidade de calor que deve ser administrada (ou subtraída) a um corpo de massa m para aumentar (ou diminuir) sua temperatura do valor inicial t₁ para o valor final t_dois. Nas fórmulas:

Q = µC_s t

No qual:

• Q = quantidade de calor trocada
• m = massa corporal
• c._s = calor específico do corpo
• Δt = t_dois -t₁

As fórmulas inversas são as seguintes:

m = Q/(C_s t)

Δt = Q/(C_s METRÔ)

Para uma aplicação numérica da fórmula, siga o exercício proposto no final da lição.

Calor específico de alguns materiais.

A tabela a seguir mostra i calores específicos de alguns materiais medido em J / (kg K):

Água = 4180 J / (kg K)

Água (a 0°C) = 4218 J / (kg K)

Água do mar = 3925 J / (kg K)

Alumínio = 896 J / (kg K)

Prata = 239 J / (kg K)

Ar = 1005 J / (kg K)

Nitrogênio = 1038 J / (kg K)

Gasolina = 2240 J / (kg K)

Dióxido de carbono = 836 J / (kg K)

Bronze = 380 J / (kg K)

Carbono vegetal = 1200 J / (kg K)

Etanol = 2430 J / (kg K)

Ferro = 450 J / (kg K)

Gelo (a 0°C) = 2040 J / (kg K)

Glicerol = 2390 J / (kg K)

Hidrogênio = 14280 J / (kg K)

Mercúrio = 139 J / (kg K)

Óleo lubrificante = 1850 J / (kg K)

Ouro = 129 J / (kg K)

Oxigênio = 917 J / (kg K)

Latão = 380 J / (kg K)

Óleo = 1900 J / (kg K)

Chumbo = 129 J / (kg K)

Cobre = 385 J / (kg K)

Estanho = 239 J / (kg K)

Vapor de água (a 100°C) = 1940 J/(kg K)

Zinco = 389 J / (kg K)

Enxofre = 732 J / (kg K)

Como pode ser visto na tabela, o calor específico do cobre é bastante baixo; Pouca energia é necessária para alcançar um grande aumento de temperatura.

O calor específico da água, por outro lado, é muito alto.: ou seja, é necessária muita energia para obter pequenos aumentos de temperatura. Devido a essa propriedade, a água das grandes bacias, lagos e mares se comporta como um grande “reservatório térmico” durante o dia, liberando a enorme quantidade de calor à noite e, assim, mitigando o clima.

calor específico molar

Se o calor específico é expresso por mol de substância e não por grama, falamos de calor específico molar (C_metrô); no Sistema Internacional calor específico molar é expresso em J/(mol K).

O valor do calor específico molar (C_metrô) corresponde ao produto do calor específico expresso em J g^-1k^-1 e a massa molar do composto:

c._metrô =C_s milímetro

Calor específico a pressão e volume constantes

No caso dos gases, o calor específico a uma dada temperatura depende das condições em que o calor é administrado. Na prática, distinguem-se dois casos, a administração de calor a volume constante e a de pressão constante (neste segundo caso, apenas parte do calor fornecido ao gás serve para elevar a temperatura, sendo o restante equivalente ao trabalho realizado pelo que o gás se expanda contra pressão constante).

Portanto, dois tipos de calor específico são considerados para gases: um (C_v) determinado pelo fornecimento de calor a um grama de gás mantido a um volume constante (calor específico a volume constante), o outro (C_P) determinado fornecendo calor a um grama de gás mantido a pressão constante (calor específico a pressão constante).

Para gases ideais, a relação de Mayer é válida:

c._P – c_v =R

onde R é a constante universal dos gases ideais.

Exercício

Calcule a quantidade de calor que deve ser fornecida a 100 g de ferro para aumentar sua temperatura de 20°C para 30°C. O calor específico do ferro é de 450 J/(kg·K).

Em desenvolvimento

Para calcular a quantidade de calor necessária para aquecer o bloco de ferro, devemos aplicar a fórmula da lei fundamental da termologia:

Q = µC_s t

No qual:

Q=?

m = 100g = 0,1kg

c._s = 450 J / (kg K)

Δt = 30 – 20 = 10°C = 10K

Portanto:

Q = µC_s Δt = 0,1450 10 = 450 J

Portanto, a quantidade de calor a ser administrada é igual a 450 joules.

Links Relacionados:

Tabela de calor específico dos principais materiais.

Que fórmula é usada para calcular o calor específico?

Qual é o calor específico do mercúrio?

Qual é o calor específico da água?

Qual é o calor específico da prata?

Qual é o calor específico do óleo?

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