Como calcular o calor específico?

O calor específico é um conceito que está inserido dentro de Calorimetria, que uma área da física que estuda trocas de calor entre corpos e suas vizinhanças.

A calorimetria está presente em diversos setores do nosso cotidiano, como por exemplo, a maneira que a garrafa térmica mantém a temperatura do líquido dentro desta. 

Para compreendermos bem a calorimetria, devemos saber o que é esse calor entre os corpos. Antes de tudo, não confunda temperatura com calor.

Temperatura é o grau de agitação das moléculas, quanto mais aumentamos a agitação, mais aumentamos também a temperatura, o que ocorre com os termômetros. Já calor é uma forma de energia, que é trocada entre dois corpos podendo ou não ocorrer mudança de temperatura.

Calorimetria

Para entendermos melhor o que é o calor específico, vamos falar um pouco de onde este se encontra inserido. A calorimetria é uma área da física que esclarece os fenômenos ligados a temperatura e calor. 

A temperatura, microscopicamente, é o grau de agitação descrito por moléculas e átomos de um corpo, já macroscopicamente, percebe-se a temperatura nas sensações de quente e frio, que podem ser representado por escalas termométricas (formas de medir a temperatura), temos atualmente, três tipos de escala, Celsius ( 0ºC – 100ºC ), Fahrenheit (32°F – 212ºF) e a escala Kelvin ( 273k – 373k ). 

O calor é uma forma de energia, essa energia consiste em uma mudança transitória entre corpos, a energia trocada entre corpos pode ou não ter mudanças de temperatura. Uma transferência de calor pode ocorrer por condução, convecção ou por irradiação. 

O calor sensível é aquele que é capaz de ocorrer variação de temperatura, podendo ou não alterar suas dimensões. No Sistema Internacional (SI), a unidade de quantidade de calor é chamada de Joule (J), mas na prática se usa a chamada caloria (cal). Essas duas unidades possuem a seguinte relação:

1 cal = 4,18 J

Dentre as formas de calor, temos o calor especifico que é uma característica da substância de que o material é feito. 

Leia também o texto sobre Calor e temperatura

Equação fundamental da Calorimetria

Experimentalmente, verificou-se que a quantidade de calor fornecida a um corpo se relaciona com a massa e a variação de temperatura que ocorre pela substância.

A quantidade de calor sensível que é cedido ou recebido por um corpo pode ser calculada através da Equação Fundamental da Calorimetria, sendo esta: 

Q = m.c.ΔT

Temos: 

Q: quantidade de calor fornecido ou recebido (J ou cal)
m: massa do corpo (kg ou g)
c: calor específico [J/(kg. K)] ou [cal/(g.ºC)]
ΔT: variação de temperatura sofrida pela substância, ou seja, a temperatura final menos a temperatura inicial

Como mencionado, esta equação permite relacionar o calor com massa e variação de temperatura de uma substância. Esse calor (Q) pode ser positivo ou negativo.

Para medir uma quantidade de calor usamos um instrumento chamado de calorímetro, que é um aparelho isolado termicamente do ambiente externo, utilizado em laboratórios para medir a quantidade de calor trocado entre corpos com temperaturas distintas. Esse instrumento também é usado para determinar o calor especifico das substâncias. 

Imagem 1. Calorímetro em plástico e alumínio

O que é calor específico?

Vimos na Equação fundamental da Termodinâmica, a presença do chamado calor específico, representado pela letra c, que é uma constante de proporcionalidade desta equação. 

O calor específico também chamado de capacidade calorífica específica é uma grandeza que define a quantidade de calor que existe em um corpo no que diz respeito a variação de temperatura.

Essa unidade de medida é baseada com referência na água pura a 25ºC e 1 atm sendo o valor do calor específico da água 1,0 cal / g ºC.

Definição de calor específico – quantidade de calor necessário para elevar a temperatura em 1ºC de 1,0 g de determinada substância. 

Definição de calor específico molar – para quantidade de substância determinada em mol, ou seja, quantidade de calor necessário para elevar a temperatura em 1ºC de 1 mol de determinada substância. 

Importante!

O calor específico indica o calor necessário para 1ºC, ou seja, pode ocorrer tanto aumento, quanto diminuição da temperatura de um corpo. 

Temos também a chamada capacidade térmica, que é a quantidade de calor que existe em um corpo relacionado a variação de temperatura sofrida.

Que no caso, é totalmente diferente do calor específico, que depende apenas da substância. Já a capacidade térmica, depende da massa do corpo também. 

O calor específico é uma constante para cada material em determinado estado físico, ou seja, caracteriza uma substância em um estabelecido estado físico. Depende do material a qual é feito. 

No Sistema Internacional (SI) é medido em J / (Kg . k) (Joule / quilograma . kelvin), mas usualmente usamos cal / (g . ºC) (caloria / grama . grau celsius).

Tabela de calor específico para algumas substâncias

A seguir temos uma tabela com o calor específico de algumas substâncias. 

Com base na tabela acima, vemos que o calor específico da água é maior do que as das outras substâncias, por isso, ela é usada para refrigeração de motores de automóveis, pois o alto calor específico permite receber grande quantidade de calor, sem alterar sua temperatura.

Como calcular?

Para calcular o calor específico (c), usaremos a equação fundamental da calorimetria, em que tem esta constante inserida em sua fórmula.

Q = m.c.ΔT

Para acharmos o calor específico, basta rearranjar a equeção, da seguinte maneira: 

c =

Vejamos com exemplos:

Exemplo 1: 

(PUC-RS) Um corpo A, homogêneo, de massa 200 g, varia sua temperatura de 20 ºC para 50 ºC 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/gºC, o calor específico da substância de B?

a) 0,1
b) 0,2
c) 0,6
d) 0,8
e) 1,6

esolução: 

Usando a equação do calor sensível, podemos determinar o calor específico do material A.

Q = m.c.ΔT

1200 = 200 . c . (50-20)

1200 = 200 .c.30

1200 = 6000 .c

c = 1200 ÷ 6000 = 0,2 cal/g°C

Letra B. 

Podemos afirmar que o calor específico do corpo B será o mesmo do corpo A, pois ambos são constituídos da mesma substância e como sabemos o calor específico é constante para cada substância. 

Exemplo 2:

(Uerj 2010) A tabela a seguir mostra apenas alguns valores, omitindo outros, para três grandezas associadas a cinco diferentes objetos sólidos:

– massa;

– calor específico;

– energia recebida ao sofrer um aumento de temperatura de 10 oC.

A alternativa que indica, respectivamente, o objeto de maior massa, o de maior calor específico e o que recebeu maior quantidade de calor é: 

a) I, III e IV
b) I, II e IV
c) II, IV e V
d) II, V e IV

Resolução:

Letra D.

Como Q = m.c.ΔT, teremos:
I. 300 = mɪ x 0,3 x 10 ⇒ mɪ = 100 g
II. 400 = mɪɪ x 0,2 x 10 ⇒ mɪɪ = 200 g
III. 450 = 150 x cɪɪɪ x 10 ⇒ cɪɪɪ = 0,3 cal.g-1.oC-1
IV. Q = 150 x 0,4 x 10 ⇒ Qɪᴠ = 600 cal
V. Q = 100 x 0,5 x 10 ⇒ Qᴠ = 500 cal

Preenchendo a tabela, vem:

Objeto de maior massa: II.

Objeto de maior calor específico: V.

Objeto que recebeu maior quantidade de calor (Q): IV.  

Veja também o vídeo do nosso canal sobre calorimetria

E aí, o que achou do texto sobre como calcular o calor específico? Curtiu? Então vem estudar com a gente! Conheça o nosso cursinho preparatório para o Enem!