CALOR ESPECÍFICO
O calor específico é definido como a quantidade de calor necessária para variar em 1 °C a temperatura de 1 grama de massa. A água é usada como um padrão para a realização das medidas. Surge daí a caloria (1 cal), que é a quantidade de energia necessária para variar 1 °C a temperatura de 1 grama de água líquida.
EXEMPLO
Nas câmaras de combustão dos motores de automóveis o combustível atinge altas temperaturas (cerca de 95°C). Se esses motores não forem refrigerados continuadamente, suas peças fundem. Essa refrigeração pode ser feita pela circulação de água ou de ar, duas substâncias abundantes na natureza mas que se aquecem de maneira bastante diferente.
Enquanto 1 grama de água precisa receber 1 caloria de energia calorífica para elevar sua temperatura de 1°C, 1 grama de ar tem a mesma alteração de temperatura com apenas 0,24 calorias. A tabela 12.1, do livro, mostra o calor específico da água, do vidro e de alguns materiais utilizados em construções e na indústria.
QUESTÃO: Por que os materiais tem valores de calor específico diferentes?
A resposta a essa pergunta conduz novamente à discussão acerca da constituição dos materiais. Substâncias diferentes são constituídas de moléculas com massas diferentes. Retomando o modelo cinético-molecular, temos que ao atingir uma determinada temperatura, todas as moléculas que constituem um material tem, em média, a mesma energia cinética, a mesma energia de movimento. Um grama de um material formado por moléculas de massa pequena conterá um número maior de moléculas do que 1 grama de outro material formado por moléculas de massa maior. Assim para elevar 1 °C a temperatura de 1 grama é necessário fornecer uma maior quantidade de calor para aquele material que contenha um número maior de moléculas, já que aumentar a temperatura implica aumentar a energia cinética de cada uma delas.
Como o calor especifico depende da constituição, é possível compreender que ele terá valores diferentes para cada estado da matéria. Assim, o calor especifico da água varia quando ela se encontra em estado líquido, sólido ou gasoso, visto que em cada um desses estados as moléculas interagem de diferentes formas.
CAPACIDADE TÉRMICA.
O calor específico de uma substância nos informa quantas calorias de energia necessitamos para elevar de 1°C a temperatura de 1 grama dessa substância. Portanto, para quantificar a energia térmica consumida ao se aquecer ou resfriar um objeto, além do seu calor específico temos que levar em conta a sua massa.
O produto do calor específico de uma substância pela sua massa (m*c) é conhecido como a sua capacidade térmica (C).
C=m*c
EXEMPLO
Consumimos maior quantidade de calor para levar à fervura a água destinada ao preparo do macarrão para 10 convidados do que para 2 pessoas. Se para a mesma chama do fogão gastamos mais tempo para ferver uma massa de água maior, significa que precisamos fornecer maior quantidade de calor para ferver essa quantidade de água. Também para resfriar muitos refrigerantes precisamos de mais gelo do que para poucas garrafas. Se pensarmos em como as substâncias são formadas, quando se aumenta sua massa, aumenta-se a quantidade de moléculas e temos que fornecer mais calor para fazer todas as moléculas vibrarem mais, ou seja, aumentar sua energia cinética, o que se traduz num aumento de temperatura.
Matematicamente, podemos expressar a relação entre o calor específico de um objeto de massa m e a quantidade de calor necessária para elevar sua temperatura de ∆T °C , como:
Q=m*c*∆T
Quando misturamos objetos a diferentes temperaturas eles trocam calor entre sí até que suas temperaturas se igualem, isto é, eles atingem o equilíbrio térmico.
Se não houver perdas para o exterior (ou se ela for desprezível) consideramos o sistema isolado. Neste caso, a quantidade de calor cedida por um dos objetos é igual a recebida pelo outro. Matematicamente podemos expressar a relação entre a quantidade de calor como:
Os motores de combustão dos carros necessitam de um sistema de refrigeração. Para que a refrigeração a ar ou a água tenham a mesma eficácia, as duas substâncias tem que retirar a mesma quantidade de calor do motor.
EXERCÍCIOS:
1- Compare as quantidades de ar e de água necessárias para provocar a mesma refrigeração num motor refrigerado a ar ou a água.
2- Uma dona de casa, quer calcular a temperatura máxima de um forno que não possui medidor de temperatura. Como ela só dispõe de um termômetro clínico que mede até 41°C, usa um "truque".
" - Coloca uma forma de alumínio de 400 gramas no forno ligado no máximo, por bastante tempo.
- Mergulha a forma quente em um balde com 4 litros de água à 25°C.
- Mede a temperatura da água e da forma, depois do equilíbrio térmico, encontrando um valor de 30°C."
Calcule a temperatura do forno avaliada pela dona de casa.
Utilize a tabela de calor específico (pg. 113 do livro). Questione a eficiência desse truque.
3- Se você colocar no fogão duas panelas de mesma massa, uma de cobre e outra de alumínio, após alguns minutos, qual delas estará com maior temperatura? Justifique sua resposta.
