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Calor específico é a quantidade de calor necessária para que seja possível variar a temperatura de uma substância ou material em 1 °C. Ele é proporcional à quantidade de calor recebido ou doado pela substância e pode ser calculado por meio de uma fórmula que envolve calor, massa e temperatura.
Saiba mais: Zero absoluto — a menor temperatura teórica à qual um corpo pode chegar
Tópicos deste artigo
- 1 - Resumo sobre calor específico
- 2 - O que é calor específico?
- 3 - Tabela de calor específico
- 4 - Fórmula do calor específico
- 5 - Como calcular o calor específico?
- 6 - Fatores que afetam o calor específico
- 7 - Calor específico e capacidade térmica
- 8 - Calor específico molar
- 9 - Calor latente e calor sensível
- 10 - Exercícios resolvidos sobre calor específico
Resumo sobre calor específico
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Calor específico é a quantidade de calor necessária para que ocorra variação da temperatura de uma substância ou material em 1 °C.
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Alguns fatores que afetam o calor específico são: forças intermoleculares, impurezas nas substâncias, massa molar e graus de liberdade.
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O calor específico pode ser encontrado por meio da relação entre a capacidade térmica e a massa da substância.
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Calor específico molar é a quantidade de calor por mol de substância necessária para variar a temperatura de uma substância em 1 °C.
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Calor latente é aquele necessário para modificar o estado físico de uma substância sem elevar sua temperatura.
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Calor sensível é aquele necessário para variar a temperatura de uma substância sem que haja modificação do seu estado físico.
O que é calor específico?
Calor específico é a quantidade de energia térmica fornecida a uma substância para que sua temperatura varie 1 °C. Todos os líquidos, sólidos e gases possuem um calor específico para eles que caracteriza o seu comportamento quando estão sujeitos a uma fonte de calor.
Esse calor é proporcional àquele fornecido pela substância, então se aumentarmos o calor específico, a quantidade de calor necessário para que a substância varie sua temperatura também aumentará.
Por exemplo, o calor específico do alumínio é de \(0,215\ cal/g\bullet°C\), já o da água é de \(1\ cal/g\bullet°C\), o que significa dizer que a água precisa receber mais calor do que o alumínio para conseguir aumentar sua temperatura. A água também perderá calor mais facilmente que o alumínio.
Tabela de calor específico
O calor específico indica o calor preciso para que uma substância varie em 1 °C, podendo sofrer um aumento ou diminuição em sua temperatura. Na tabela abaixo, podemos ver os valores de calor específico de diversas substâncias e materiais.
Substância ou material |
Calor específico (\({cal}/{g}\bullet°C\)) |
Aço |
0,1 |
Água doce |
1 |
Água salgada |
0,93 |
Álcool etílico |
0,58 |
Alumínio |
0,215 |
Ar |
0,24 |
Areia |
0,2 |
Carbono |
0,12 |
Chumbo |
0,0305 |
Cobre |
0,0923 |
Etanol |
0,58 |
Ferro |
0,11 |
Gelo (-10°C) |
0,53 |
Granito |
0,19 |
Hidrogênio |
3,4 |
Latão |
0,092 |
Madeira |
0,42 |
Mercúrio |
0,033 |
Nitrogênio |
0,25 |
Ouro |
0,03 |
Oxigênio |
0,22 |
Prata |
0,0564 |
Tungstênio |
0,0321 |
Vidro |
0,2 |
Fórmula do calor específico
Podemos calcular o calor específico por meio da fórmula da quantidade de calor, representada abaixo:
\(c=\frac{Q}{m∙∆T}\)
-
c → calor específico, medido em \([J/(kg\bullet K)]\) ou \([cal/g\bullet°C]\).
-
Q → quantidade de calor, medida em Joule [J] ou calorias [cal].
-
m → massa, medida em quilograma [kg] ou grama [g].
-
\(∆T \) → variação de temperatura, medida em Kelvin [K] ou Celsius [°C].
A variação de temperatura pode ser calculada por meio da seguinte fórmula:
\(∆T=T_f-T_i\)
-
\(∆T\) → variação de temperatura, medida em Kelvin [K] ou Celsius [°C].
-
\(T_f \) → temperatura final, medida em Kelvin [K] ou Celsius [°C].
-
\(T_i\) → temperatura inicial, medida em Kelvin [K] ou Celsius [°C].
Importante: Apesar de as grandezas acima serem medidas em Joule, quilograma e Kelvin no Sistema Internacional de Unidades (SI), é mais comum utilizar caloria, grama e Celsius. É possível converter caloria para Joule, considerando que 1 cal equivale a 4,186 J.
Para transformar grama em quilograma, basta lembrarmos que 1 g equivale a 0,001 kg. Além disso, para transformarmos Celsius em Kelvin, basta somarmos à temperatura de Celsius o valor de 273,15 ou seja, 100 °C = 373,15 K.
Como calcular o calor específico?
O calor específico pode ser calculado por meio da fórmula que o relaciona à quantidade de calor, massa e temperatura da substância ou material.
-
Exemplo:
Qual é o calor específico de um objeto com massa de 100 g que recebeu 1000 cal e teve sua temperatura variada 15 °C até atingir 35 °C?
Resolução:
Como todas as unidades de medida estão na sua forma mais comum, não há necessidade de conversão. Utilizaremos a fórmula do calor específico, que envolve calor, massa e temperatura:
\(c=\frac{Q}{m∙∆T}\)
\(c=\frac{Q}{m\bullet(T_f-T_i)}\)
Substituindo os valores dados no enunciado, temos:
\(c=\frac{1000}{100\bullet(35-15)}\)
\(c=\frac{1000}{100\bullet(20)}\)
\(c=\frac{1000}{2000}\)
\(c=0,5\)
Portanto, o calor específico do objeto é de \(0,5\ cal/g\bullet°C\).
Fatores que afetam o calor específico
Há alguns fatores que podem afetar as variações de calor específico. Veja a seguir.
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Forças intermoleculares: O calor específico varia proporcionalmente à força intermolecular da molécula, sendo que quanto maior for a ligação, maior será a energia necessária para rompê-la. Normalmente, moléculas contendo ligações de hidrogênio são as que contêm altos valores de calor específico.
-
Impurezas: O calor específico pode variar com a quantidade de impurezas existentes no material, ainda que essas impurezas sejam necessárias para a formação do material.
-
Massa molar: O calor específico também pode variar de acordo com a massa molar da substância.
-
Graus de liberdade: O calor específico molar, conforme estudamos na Termodinâmica, varia de acordo com os graus de liberdade de uma molécula. Resumidamente, trata-se da liberdade de movimentação de uma molécula, sendo que ela pode ter movimentos de translação, rotação e oscilação.
Calor específico e capacidade térmica
Também chamada de capacidade calorífica, a capacidade térmica é uma constante de proporcionalidade que relaciona o calor recebido ou perdido por um corpo com a sua variação de temperatura. É possível calcular o calor específico por meio da capacidade térmica e da massa da substância ou material com a fórmula:
\(c=\frac{C}{m}\)
-
c → calor específico, medido em \([J/kg\bullet K]\) ou \([cal/g\bullet°C]\).
-
C → capacidade térmica, medida em \( [J/K]\) ou \([cal/°C]\).
-
m → massa, medida em quilograma [kg] ou grama [g].
Saiba também: Dilatação térmica dos sólidos — o fenômeno decorrente do aumento da temperatura de um corpo
Calor específico molar
O calor específico molar expressa a quantidade de calor específico de uma substância em mol, diferentemente do calor específico, em que a quantidade de substância é expressa em quilograma. Já que trabalhamos com moléculas, cujo tamanho é minúsculo, é mais vantajoso expressar a sua quantidade em mol do que em quilograma ou outras unidades.
\(1\ mol=6,02\times{10}^{23}\ unidades\ elementares\ de\ qualquer\ substância\)
Por exemplo, 1 mol de alumínio equivale a \(6,02\times{10}^{23}\) átomos de alumínio.
A fórmula para o cálculo do calor específico molar é a mesma utilizada no cálculo do calor específico, sendo que se diferem na unidade de medida — para o calor específico molar, usa-se \(cal/mol\bullet°C\).
Calor latente e calor sensível
O calor pode ser classificado como latente ou sensível. Veja a seguir.
→ Calor latente
O calor latente é aquele necessário para modificar o estado físico de uma substância sem elevar sua temperatura. Ele pode ser calculado pela fórmula:
\(Q=m\bullet L\)
-
Q → quantidade de calor, medida em Joule [J] ou calorias [cal] .
-
m → massa, medida em quilograma [kg] ou grama [g] .
-
L → calor latente, medido em \([J/kg]\) ou \([cal/g]\).
→ Calor sensível
O calor sensível é aquele necessário para variar a temperatura de uma substância sem modificar seu estado físico. Ele pode ser calculado pela fórmula:
\(Q=m\bullet c\bullet∆T\)
-
Q → quantidade de calor, medida em Joule [J] ou calorias [cal] .
-
m → massa, medida em quilograma [kg] ou grama [g].
-
c → calor específico, medido em \([J/(kg\bullet K)]\) ou \( [cal/g\bullet°C]\).
-
∆T → variação de temperatura, medida em Kelvin [K] ou Celsius [°C].
Exercícios resolvidos sobre calor específico
Questão 1
(UFPR) Para aquecer 500 g de certa substância de 20 °C para 70 °C, foram necessárias 4000 calorias. A capacidade térmica e o calor específico valem, respectivamente:
A) 8 cal/ °C e 0,08 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
B) 80 cal/ °C e 0,16 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
C) 90 cal/ °C e 0,09 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
D) 95 cal/ °C e 0,15 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
E) 120 cal/ °C e 0,12 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
Resolução:
Alternativa B
Encontraremos o valor da capacidade térmica por meio da fórmula:
\(C=\frac{Q}{∆T}\)
\(C=\frac{4000\ }{70-20}\)
\(C=\frac{4000\ cal}{50}\)
\(C=80\ cal/°C\)
Por fim, calcularemos o valor do calor específico:
\(4000=500\bullet c\bullet50\)
\(4000=25000\bullet c\)
\(\frac{4000}{25000}=c\)
\(0,16\frac{cal}{g °C}=c\)
Questão 2
(PUC-RS) Um corpo A, homogêneo, de massa 200 g, varia sua temperatura de 20 °C para 50 °C ao receber 1200 calorias de uma fonte térmica. Durante todo o aquecimento, o corpo A mantém-se na fase sólida. Um outro corpo B, homogêneo, constituído da mesma substância do corpo A, tem o dobro da sua massa. Qual é, em cal/g°C, o calor específico da substância de B?
A) 0,1
B) 0,2
C) 0,6
D) 0,8
E) 1,6
Resolução:
Alternativa B
Calcularemos o calor específico do material A usando a fórmula do calor sensível:
\(Q=m\bullet c\bullet\mathrm{\Delta T}\)
\(1200=200\bullet c\bullet(50-20)\)
\(1200=200\bullet c\bullet30\)
\(1200=6000\bullet c\)
\(c=\frac{1200}{6000}\)
\(c=0,2\ cal/g°C\)
O calor específico do corpo B terá o mesmo valor do calor específico do corpo A, já que são constituídos pela mesma substância.
Por Pâmella Raphaella Melo
Professora de Física