Biología

Como calcular a capacidade térmica específica para diferentes substâncias

Como calcular o calor específico

Você já se perguntou por que demora tanto para ferver a água? Você sabia que alguns líquidos demoram mais para ferver do que outros? Por exemplo, se você esquentar a mesma quantidade de água e álcool, o álcool ferverá primeiro. Bem, o que explica essa diferença? A resposta é capacidade de calor específica.

A capacidade de calor específico , ou simplesmente calor específico , é a quantidade de calor necessária para alterar a temperatura de uma substância. Como a água requer mais tempo para ferver do que o álcool, você pode concluir que a água requer mais calor do que o álcool para aumentar sua temperatura. Em outras palavras, a água tem uma capacidade de calor específico superior. Essa conclusão seria precisa. Para entender melhor a capacidade de calor específica, precisamos distinguir entre calor e temperatura, já que ambos os termos são usados ​​em sua definição.

A diferença entre calor e temperatura

Vejamos um exemplo para nos ajudar a entender a diferença entre calor e temperatura. Considere dois copos de água fervente com 1 litro em um e 2 litros no outro. Se ambos estiverem fervendo, eles têm a mesma temperatura. Veja, a temperatura é definida como a quantidade média de energia cinética na substância, onde a energia cinética é a energia do movimento. As moléculas em cada vaso têm a mesma energia média de movimento ou quantidade média de energia cinética. Em outras palavras, as moléculas de água em cada pote estão se movendo na mesma velocidade. A temperatura é medida em graus Celsius , graus Fahrenheit ou mesmo Kelvin.


Dois recipientes de água fervente terão a mesma temperatura, independentemente do volume.
Recipientes de tamanhos diferentes com a mesma temperatura

No entanto, dois litros de água fervente contêm mais calor do que um litro de água fervente, embora tenham a mesma temperatura. No contexto da capacidade térmica específica, o calor é a quantidade total de energia em uma substância, e o calor é algumas vezes referido como energia térmica, em que energia é a capacidade de realizar trabalho. Na comunidade científica, a energia é medida em joules, mas também pode ser expressa como calorias.

Embora o calor e a temperatura sejam medidas diferentes, eles certamente estão relacionados. A temperatura aumenta à medida que o calor é adicionado a uma substância. Da mesma forma, a temperatura diminui à medida que o calor é removido.

Como calcular a capacidade térmica específica

Vamos fazer uma pequena experiência. Tudo o que precisamos é um copo d’água, um termômetro e uma fonte de alimentação que gere calor. A fonte de alimentação medirá a quantidade de calor que adicionamos à água. Digamos que aquecemos 10 mL (10 gramas) de água a 10 graus Celsius. Ao fazer isso, a fonte de alimentação registra 420 joules. Isso significa que foram necessários 420 joules de energia térmica para elevar 10 gramas de água a 10 graus Celsius.

Podemos usar essas informações para calcular a capacidade térmica específica da água. Tudo o que precisamos é descobrir quanto calor é necessário para elevar a temperatura de um grama de água em um grau Celsius.

A equação para calor específico é a seguinte:

SHC = Energia Calórica / (massa da substância * mudança na temperatura)

A equação é lida ‘capacidade de calor específico é igual a energia térmica por grama por grau Celsius.’

Agora, se conectarmos nossos resultados, obteremos o seguinte:

SHC = 420 joules / (10 gramas * 10 graus Celsius) = 4,2 joules por grama por grau Celsius

O que isso significa? Isso significa que são necessários 4,2 joules de energia térmica para elevar um grama de água a um grau Celsius. Para tornar ainda mais fácil de lembrar, vamos converter joules em calorias. Lembre-se de que ambos são unidades de energia. Existem 4,2 joules em 1 caloria. Portanto, podemos dizer que a capacidade térmica específica da água é de 1 caloria por grama por grau Celsius. Isso é muito fácil de lembrar!

Se fizermos a mesma experiência com álcool, levaria 255 joules para elevar 10 gramas a 10 graus Celsius. Assim, o calor específico do álcool é 2,55 joules / grama / grau Celsius. Quão legal é isso? Isso é muito legal!

Aplicação de capacidade térmica específica


Este gráfico classifica o calor específico das substâncias, com a água tendo o maior calor específico.
Gráfico de substâncias térmicas específicas

Como mencionei no parágrafo inicial, nem todas as substâncias têm o mesmo calor específico. O calor específico para a água, na verdade, é bastante alto. O calor específico do álcool é cerca de metade do da água – calculamos isso no exemplo acima. O calor específico do ar é menor que o do álcool. Rochas e metais são ainda mais baixos. Bem, como todas essas informações nos ajudam?

Simplificando, a vida neste planeta não seria possível se não fosse pelo alto calor específico da água. Materiais com alto calor específico, como água, podem absorver e liberar muito calor sem muita mudança de temperatura. Vamos considerar o oceano. O oceano absorve calor durante o dia e libera calor à noite, o que nos ajuda a manter uma temperatura atmosférica relativamente constante. É por isso que as regiões costeiras têm climas moderados em comparação com mais regiões do interior. Em um nível mais pessoal, nossos corpos contêm muita água – na verdade, eles são principalmente água. A água do nosso corpo ajuda a manter uma temperatura interna relativamente constante, e precisamos disso para manter a vida.

Resumo da lição

Em revisão, a capacidade de calor específica é a quantidade de energia necessária para alterar a temperatura de uma substância. Agora, neste contexto, o calor às vezes é referido como energia térmica, e é a energia total contida em uma substância. Energia é simplesmente a capacidade de trabalhar. A energia térmica, junto com outras formas de energia, é medida em joules (J) ou calorias (cal).

A temperatura é a energia cinética média de uma substância e é expressa em graus Celsius, graus Fahrenheit ou Kelvin. A temperatura de uma substância muda conforme o calor é adicionado ou removido da substância.

A capacidade de calor específica é medida determinando quanta energia térmica é necessária para elevar um grama de uma substância a um grau Celsius. A capacidade de calor específica da água é de 4,2 joules por grama por grau Celsius ou 1 caloria por grama por grau Celsius. Este alto calor específico da água permite que ela absorva e libere muito calor e mantenha uma temperatura razoavelmente constante.

Resultados de Aprendizagem

Na conclusão desta lição, você será capaz de:

  • Definir calor e energia específicos
  • Diferencie entre calor e temperatura
  • Explique como calcular a capacidade de calor específica
  • Resuma a importância da água ter uma alta capacidade de calor específico