Calor específico

O calor específico é o calor necessário para variarmos, em 1 ºC, a temperatura de um corpo, ou substância, sem alterar o seu estado físico. Ele pode ser calculado pela razão entre a quantidade de calor e o produto da massa e a variação de temperatura do corpo.

Leia também: O que é o fluxo de calor?

Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre calor específico
• 2 - O que é calor específico?
• 3 - Tabela de calor específico
• 4 - Quais são os fatores que afetam o calor específico?
• 5 - Qual a fórmula do calor específico?
• 6 - Como se calcula o calor específico?
• 7 - Diferenças entre calor sensível e calor latente
• 8 - Calor específico e capacidade térmica
• 9 - Calor específico molar
  • → Fórmula do calor específico molar
• 10 - Exercícios resolvidos sobre calor específico

Resumo sobre calor específico

• O calor específico é o calor necessário para variarmos em 1 ºC a temperatura de um corpo, ou substância, sem alterar o seu estado físico.

• Os fatores que o afetam incluem as forças intermoleculares, impurezas nas substâncias, massa molar e graus de liberdade do sistema.

• É calculado pela razão entre a quantidade de calor e o produto da massa e a variação de temperatura do corpo.

• Diferentemente do calor sensível (outra nomenclatura para o calor específico), o calor latente é um tipo de calor que altera o estado físico do corpo ou substância.

• O calor específico é dado pela razão entre a capacidade térmica e a massa de um corpo.

• O calor específico molar mede o calor específico das moléculas e substâncias.

O que é calor específico?

Também chamado de calor sensível, o calor específico é uma propriedade dos corpos e substâncias que indica o quanto eles precisam de calor para variar a sua temperatura em um grau Celsius, sem mudarmos o seu estado de agregação da matéria (sólido, líquido ou gasoso).

O calor específico é diretamente proporcional à quantidade de calor recebida ou cedida pelo corpo (ou substância), então, os materiais que precisam de mais quantidade de calor para variar a sua temperatura são aqueles que têm maior calor específico.

Contudo, ele é inversamente proporcional à massa e variação da temperatura do corpo (ou substância), assim, materiais que têm maior massa ou maior variação de temperatura têm menor calor específico.

Por exemplo, o calor específico da madeira é \(0,42 cal/g \cdot°C\) , enquanto o da água é \(1 cal/g \cdot°C\). Isso indica que a água necessita receber mais calor do que a madeira para variar a sua temperatura e também que ela perde calor mais rapidamente que a madeira.

Tabela de calor específico

Na tabela abaixo, selecionamos os valores de calor específico de algumas substâncias e materiais.

Quais são os fatores que afetam o calor específico?

O calor específico varia de acordo com alguns fatores, como:

• Grau de impurezas: o calor específico de um corpo pode ser alterado pela quantidade de impurezas que o formam.

• Graus de liberdade: o calor específico molar pode ser alterado pelos graus de liberdade de movimentação de uma molécula.

• Massa molar: o calor específico é inversamente proporcional à massa molar de uma substância, de tal forma que: quanto mais massa molar uma substância tiver, menor será o seu calor específico.

• Forças intermoleculares: o calor específico é diretamente proporcional às forças intermoleculares das moléculas, de tal forma que: quanto mais forte for a ligação intermolecular entre as moléculas da substância, maior será a energia para rompé-las, então, maior será o seu calor específico.

Qual a fórmula do calor específico?

A fórmula do calor específico é a seguinte:

\(c = \frac{Q}{m \cdot \Delta T} \)

• c → calor específico, medido em \([J/(kg\cdot K)] \) ou \(\text{[cal/g} \cdot \text{°C]} \).

• Q → quantidade de calor, medida em Joule \(\text{[J]} \) ou caloria \(\text{[cal]} \).

• m → massa, medida em quilograma \([kg]\) ou grama \([g]\).

• \(∆T\) → variação de temperatura, medida em Kelvin \([K]\) ou Celsius \([°C]\).

Em que a variação da temperatura é dada pela fórmula:

\(\Delta T = T_{\text{f}} - T_{\text{i}} \)

• \(∆T\) → variação de temperatura, medida em Kelvin \([K]\) ou Celsius \([°C]\).

• \(T_{\text{f}} \) → temperatura final, medida em Kelvin \([K]\)  ou Celsius \([°C]\).

• \(T_{\text{i}} \) → temperatura inicial, medida em Kelvin \([K]\) ou Celsius \([°C]\) .

Importante: Apesar de que, no Sistema Internacional de Unidades (SI), as grandezas acima sejam medidas em Joule, quilograma e Kelvin, é comum que elas sejam medidas também em caloria, gramas e Celsius. Para isso, basta utilizar as seguintes equivalências:

• Caloria para Joule, em que 1 cal = 4,186 J.

• Grama para quilograma, em que 1 g = 0,001 kg.

• Celsius para Kelvin, temperatura na escala Celsius + \(273,15\).

Como se calcula o calor específico?

O calor específico é calculado pela fórmula que o relaciona à quantidade de calor, massa do corpo e variação de temperatura em que o corpo foi submetido.

• Exemplo:

Qual é o calor específico de um objeto com massa 500 g que recebeu 750 cal e teve sua temperatura variada \(25 °C\)  até atingir \(50 °C\) ?

Resolução:

\(c = \frac{Q}{m \cdot \Delta T} \)

\(c = \frac{Q}{m \cdot (T_{\text{f}} - T_{\text{i}})} \)

\(c = \frac{750}{500 \cdot (50-25)} \)

\(c = \frac{750}{500 \cdot (25)} \)

\(c=0,06 cal/g \cdot°C\)

Então, o calor específico do objeto é de \(0,06 cal/g \cdot°C\).

Para saber mais sobre como é o cálculo do calor específico, clique aqui.

Diferenças entre calor sensível e calor latente

O calor sensível é outra nomenclatura dada ao calor específico, e ele se diferencia do calor latente quando da ausência de mudança de estado físico:

• Calor sensível (ou calor específico): é o calor necessário para variarmos, em 1 ºC, a temperatura de um corpo, ou substância, sem alterar o seu estado físico.

• Calor latente: é um calor que não varia a temperatura do corpo, mas sim o seu estado físico.

Saiba mais sobre as diferenças entre calor sensível e calor latente aqui.

Calor específico e capacidade térmica

O calor específico e a capacidade térmica estão intimamente relacionados, já que a capacidade térmica, também chamada de capacidade calorífica, pode ser definida como a quantidade de calor que um corpo precisa receber ou doar para que mude a sua temperatura. Diferentemente do calor específico, ele depende só da massa. Assim, quanto mais massa tiver um corpo, maior será a sua capacidade térmica.

O calor específico pode ser calculado pela sua relação com a capacidade térmica e a massa da substância ou do material por meio da fórmula:

\(c = \frac{C}{m} \)

• c → calor específico, medido em \([ J / kg \cdot K ]\) ou \([ cal / g \cdot ° C ]\) .

• C → capacidade térmica, medida \([ J / K ]\) em ou \([ cal /° C ]\).

• m → massa, medida em quilograma \([ kg ]\) ou gramas \([ g ]\).

Calor específico molar

O calor específico molar indica a quantidade de calor específico por mol de substância para que variemos a sua temperatura em 1 ºC, sem a alteração do seu estado de agregação. Para isso, temos a necessidade de expressar a quantidade de matéria em mol, já que quilograma é uma unidade de medida muito grande para uma molécula, sendo que um mol equivale a:

\(1 mol =6,02× {10} ^ {23} unidades \ elementares\ de \ qualquer \ substância\)

Por exemplo, esse valor indica que 1 mol de uma molécula equivale a \(6,02× {10} ^ {23}\) átomos dessa molécula.

→ Fórmula do calor específico molar

O calor específico molar é calculado por meio da fórmula:

\(c = \frac{Q}{m \cdot \Delta T} \)

• c → calor específico, medido em \([J/(mol \cdot K)]\) ou \([cal/mol \cdot °C]\) .

• Q → quantidade de calor, medida em Joule \([J]\) ou calorias \([cal]\) .

• m → quantidade de matéria, medida em mol.

• \(∆T\) → variação de temperatura, medida em Kelvin \([K]\) ou Celsius \([°C]\).

Exercícios resolvidos sobre calor específico

Questão 1

(PUC) Um líquido é aquecido através de uma fonte térmica que provê 50 cal por minuto. Observa-se que 200 g desse líquido se aquecem de 20,0 °C em 20 min. Qual é o calor específico do líquido, medido em cal/(g⋅°C)?

A) 0,0125

B) 0,25

C) 5,0

D) 2,5

E) 4,0

Resolução:

Alternativa B

Primeiramente, calcularemos a quantidade de calor em 20 minutos, em que:

50 calorias/minutos−−−1 minuto

Q calorias−−−20 minutos

\(Q = \frac{20 \cdot 50}{1} \)

\(Q =1000 cal\)

Então, calcularemos o calor específico por meio da sua fórmula:

\(c = \frac{Q}{m \cdot \Delta T} \)

\(c = \frac{1000}{200 \cdot 20} \)

\(c =0,25 cal / g \cdot° C\)

Questão 2

(Unesp) Massas iguais de cinco líquidos distintos, cujos calores específicos estão dados na tabela adiante, encontram-se armazenadas, separadamente e na mesma temperatura, dentro de cinco recipientes com boa isolação e capacidade térmica desprezível.

Se cada líquido receber a mesma quantidade de calor, suficiente apenas para aquecê-lo, mas sem alcançar seu ponto de ebulição, aquele que apresentará temperatura mais alta, após o aquecimento, será:

A) a água.

B) o petróleo.

C) a glicerina.

D) o leite.

E) o mercúrio.

Resolução:

Alternativa E

O mercúrio apresentará temperatura mais alta, já que ele é o que tem o menor calor específico. Isso acontece porque o calor específico é inversamente proporcional à temperatura.

Fontes

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos da Física: Gravitação, Ondas e Termodinâmica (vol. 2). 10. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2016.

NUSSENZVEIG, Herch Moysés. Curso de física básica: Fluidos, Oscilações e Ondas, Calor (vol. 2). Editora Blucher, 2015.