Definição de calor específico

Evelyn Maitee Marin
Engenheiro Industrial, Mestre em Física e EdD

O calor específico (c) é definido como a quantidade de energia necessária em função do aumento de temperatura de uma unidade de massa de substância em uma unidade de temperatura. Também é conhecida como capacidade térmica ou capacidade térmica específica.

É uma quantidade física que depende do estado da matéria, pois o calor específico de uma substância no estado líquido não é igual ao da mesma substância no estado gasoso. Da mesma forma, as condições de pressão e temperatura em que o material se encontra influenciam seu calor específico. Basicamente, é uma propriedade intensiva da matéria que se refere à capacidade térmica de um substância, pois fornece um valor da sensibilidade térmica de um material à adição de energia.

Você sabia que…? O termo calor específico surgiu na época em que os ramos da Física Mecânica e da Termodinâmica evoluíam de forma quase independente; entretanto, atualmente, um termo mais apropriado para calor específico seria transferência de energia específica.

Se despejarmos café quente na mesma temperatura em dois copos: um de isopor (anime) e outro de alumínio e segurarmos ambos os copos nas mãos, perceberemos que o copo de O alumínio parece mais quente do que o isopor, o que implica que mais calor precisa ser adicionado ao copo de isopor para que sua temperatura aumente como a do copo de isopor. alumínio.

fórmula de calor específico

Se Q é a quantidade de energia trocada entre uma substância de massa m e sua vizinhança, causando uma variação de temperatura ΔT (Tf – Ti), temos:

\(c = \frac{Q}{{m.ΔT}}\)

onde c é o calor específico.

A partir desta expressão pode-se deduzir que as unidades de calor específicas serão:

• No Sistema Internacional, o calor específico c = (J/kg. k)
• No sistema inglês, c = (BTU/lb-m.ºF)
• Em outros sistemas também é comum expressar c = (Cal/g.ºC)

Por outro lado, pode-se observar também que quanto maior o calor específico de uma substância, menor será sua variação de temperatura para uma dada quantidade de energia fornecida. Por isso, se você deseja um material que esquente facilmente, deve escolher um que tenha baixo calor específico.

Nota: é importante esclarecer que o calor específico se refere à quantidade de energia para aumentar a temperatura, sendo o calor uma forma particular de transferência de energia, mas não a apenas. Por exemplo, você pode aumentar a temperatura de uma substância realizando trabalho mecânico sobre ela.

Exemplos de calor específico em materiais

Sob condições controladas de laboratório, foi possível determinar o calor específico de uma ampla variedade de substâncias, o que permite comparações e seleção de materiais de acordo com a aplicação especial. A tabela a seguir é uma amostra dos calores específicos para alguns materiais (à pressão atmosférica e 25 ºC):
Substância c (J/kg. K) c (Cal/g. ºC)
Água (15ºC) 4186 1
Álcool etílico 2438 0,582
Areia 780 0,186
Cobre 385 0,091
Gelo (-10 ºC) 2220 0,530
Oxigênio 918 0,219
Peróxido de hidrogênio (H2O2) 2619 0,625
Vidro 792 0,189
Alumínio 897 0,214
Madeira 170 0,406
Azeite 1675 0,400
Tijolo refratário 879 0,210

Nota: como se vê, a água é uma das substâncias com maior calor específico, o que reafirma a importância deste líquido para a regulação da temperatura do nosso planeta.

Exemplo 1: Quanta energia deve ser transferida para uma massa de 2 kg de água para aumentar sua temperatura de 15 ºC para 90 ºC?

Solução: Da tabela anterior pode-se obter que o calor específico da água pura é 1 Cal/g.ºC, de modo que a partir deste valor e dos dados fornecidos, a energia Q pode ser limpa:

A quantidade de calor é:

Q = c ∙ m ∙ ∆T

Isso implica que são necessárias 150.000 calorias para elevar a temperatura de 2 kg de água (2.000 g) de 15ºC para 90ºC.

Exemplo 2: Qual será a temperatura final de uma barra de alumínio de 1 kg que é aquecida em um bico de Bunsen a partir de uma temperatura de 25 ºC aplicando 4000 joules de energia?

Solução: Da tabela de calores específicos pode-se tirar o valor desta variável para o alumínio, onde c = 897 J/kg. K.

No caso da temperatura, 25 ºC é transformado em escala Kelvin absoluta somando 273,15 unidades, de forma que a temperatura inicial da barra é 298,15 K.

Limpando a temperatura final da expressão do calor específico temos:

\({T_f} = \frac{Q}{{c \cdot m}} + {T_i} = \frac{{4000\;J}}{{\left( {897\;J/kg \cdot K} \direita)\esquerda({1\;kg} \direita)}} + 298,15\;K = 302,61\;K\)

A temperatura final da barra de alumínio será 302,61 K ou 29,46 ºC.

Nota: o conhecimento e a interpretação do calor específico das substâncias são muito úteis quando se pretende selecionar o material mais adequado para uma determinada utilização. Por exemplo, na mecânica automotiva, muitos dos componentes que compõem os mecanismos do veículo, será submetido a altas temperaturas, por isso é desejável que, quando aquecido, o material não se canse com facilidade.