Capacidade de calor específico

RKA3JV - E aí, pessoal, tudo bem? Nesta aula, vamos estudar a capacidade térmica que também é conhecida como capacidade calorífica e que nada mais é do que a quantidade de calor necessária para mudar a temperatura de um material. Sabendo destas informações, qual é a unidade de medida que você espera? Calor é uma forma de energia, estamos descrevendo o quanto disso é necessário para mudar a temperatura. Então, a nossa unidade precisa ter energia, dividida pela temperatura. No "SI", energia, representamos por joules (J), e temperatura por Kelvin (K). Então, a unidade de medida é J/K. E se pensarmos na variação de temperatura, a variação de 1 grau Celsius é equivalente à variação de 1 Kelvin. Agora que já temos uma ideia do que é a capacidade térmica, vamos dizer que você tenha duas panelas aqui que estão no mesmo fogão, com a mesma intensidade de fogo. Sendo que a primeira está cheia de água e a outra pela metade. Qual das duas você acha que vai ferver primeiro? A que possui menos água, correto? Isso é devido à capacidade térmica. Isso acontece porque uma das coisas que a capacidade térmica depende é a massa do objeto ou do sistema. Menos água é menos massa, é uma capacidade térmica menor. Outra coisa que essa capacidade depende é do material. Por exemplo, digamos que você vá a um churrasco em um dia muito quente e tem duas cadeiras dobráveis, abertas para escolher. Uma é feita de metal e a outra de plástico, ambas estão expostas ao Sol. Você, provavelmente, escolheria a de plástico, pois a de metal vai estar mais quente. E a razão para isso é que apesar de ambas estarem expostas ao Sol, o metal é um material diferente do plástico. Isso significa que eles têm capacidades térmicas diferentes. Então, sabemos que a capacidade calorífica ou térmica de um objeto ou um sistema, depende tanto da massa quanto do material que é feito. E podemos até combiná-los em algo que é chamado de capacidade de calor específico. E o que isso significa? Nada mais é do que a capacidade de calor por massa. E essa capacidade de calor específico independe da massa do sistema. Portanto, é constante para um determinado material. Ou seja, será necessária a mesma quantidade de energia para elevar a temperatura de 1 kg em qualquer material, será necessária uma quantidade diferente de energia. Sabendo disso, qual é a unidade de medida de capacidade de calor específico? Estamos trabalhando com calor dividido pela temperatura. Mas, desta vez, temos uma massa aqui também, por isso, vezes a massa do material. No "SI", isso significa que é joules por Kelvin, por quilograma. Então, temos uma relação interessante aqui. A capacidade de calor específico, vezes a massa é igual à capacidade térmica. Nesta relação, podemos descobrir qualquer uma das três grandezas. Se você tem a capacidade de calor específico e deseja obter a capacidade térmica total do objeto ou sistema, basta multiplicar pela massa do objeto ou sistema. Por outro lado, se tivermos a capacidade térmica e a massa e quisermos descobrir a capacidade de calor específico de um determinado material, basta dividir a capacidade térmica pela massa. No entanto, como a capacidade de calor específico é uma propriedade constante de um material, geralmente, é um valor tabelado, pois já foi medido. Por exemplo, a água líquida pura tem uma capacidade de calor específico de 4.184 J / K · kg. E lembre-se, que materiais diferentes possuem capacidades de calor diferentes. Se pegarmos as nossas duas cadeiras de novo, a cadeira de metal é mais quente do que a cadeira de plástico, correto? E se você não sabe, a maioria das cadeiras de metal são feitas de alumínio, que tem uma capacidade de calor específico de 897 J / K · kg. Já o plástico, tem uma capacidade de calor específico de 1.670 J / K · kg. E como você pode ver, o Sol está fornecendo a mesma quantidade de energia para as duas cadeiras, correto? Mas a temperatura da cadeira de metal está aumentando muito mais rápido, porque ela precisa de menos energia para aumentar a sua temperatura. Isso porque tem uma capacidade de calor específico menor. E agora que já vimos como o material altera a capacidade térmica, vamos falar um pouco mais da massa. Para isso, vamos voltar ao nosso exemplo das panelas. Em ambas temos água líquida pura, que sabemos que tem uma capacidade de calor específico de 4.184 J / K · kg. As panelas também têm uma capacidade de calor, só que vamos ignorar para este exemplo. Digamos que esta panela contém dois quilogramas de água. Podemos calcular quanta energia será necessária para alterar a temperatura dessa água. E digamos que a temperatura inicial seja de 300 Kelvin, que é aproximadamente a temperatura ambiente. E supondo que queremos fazer um chá nesta panela, onde a temperatura final da água vai ser 355 Kelvin. Com base no que já estudamos, podemos descobrir quanta energia é necessária para elevar a água de 300 Kelvin para 355. Neste caso, temos a capacidade de calor específico e a massa do objeto, e quando multiplicamos isso, encontramos a capacidade térmica. Mas sabemos que essa é a capacidade térmica necessária por temperatura, o que significa que temos que multiplicar pela variação de temperatura para encontrarmos a energia necessária. Esta relação é muito importante na termodinâmica, o "c" minúsculo é usado para representar calor específico, o "Q", para calor. Ou seja, "Q" é a energia necessária, o ΔT é a mudança na variação da temperatura, o "M" é a massa, e o "c", como eu já disse, a capacidade de calor específico. E podemos substituir esses valores onde temos que a massa é 2 kg, a capacidade de calor específico é 4.184 J / K · kg, e a variação na temperatura vai ser 355 menos 300 Kelvin. Se multiplicarmos, podemos cancelar este quilograma com este aqui, e este Kelvin com este aqui. Esta diferença vai ser igual a 55, e multiplicando tudo isso, vamos ficar com 460.240 J. Agora, a outra panela, tinha metade da água, lembra? Se quisermos calcular a energia necessária para elevar a temperatura da água, o que podemos fazer? A metade disso vai ser 1 kg de água, correto? E como temos o mesmo material, vamos ter a mesma capacidade de calor específico. A capacidade térmica vai diminuir pela metade, porque a massa é a metade. Com isso, a energia necessária será dividida pela metade, ou seja, 230.120 J. Dessa forma, conseguimos ver que a massa do material afeta na energia necessária para elevar a temperatura. Recapitulando, nesta aula, falamos a respeito de capacidade térmica ou calorífica, aprendemos que é a quantidade de energia necessária para mudar a temperatura de um material, e que é medida em joules por Kelvin (J/K). E que depende tanto da massa do objeto ou sistema quanto do material do mesmo. E fizemos alguns exemplos que nos ajudaram a entender esses conceitos. Eu espero que esta aula tenha lhes ajudado. E até a próxima, pessoal!