Calor Específico vs Capacidade de Calor: Diferença e Comparação

O calor específico e a capacidade térmica estão relacionados à quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de uma substância. O calor específico refere-se à quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de uma unidade de massa de uma substância em um grau Celsius, enquanto a capacidade térmica é a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de uma amostra inteira em um grau Celsius.

Principais lições

1. O calor específico é a quantidade necessária para elevar a temperatura de um grama de uma substância em um grau Celsius.
2. A capacidade térmica é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de um objeto em um grau Celsius.
3. Enquanto o calor específico é uma propriedade de uma substância, a capacidade de calor depende da massa e composição de um objeto.

Calor Específico vs Capacidade de Calor

A capacidade térmica é necessária para aumentar uma substância em uma certa quantidade. Calor específico é a quantidade necessária para aumentar a temperatura de uma substância em uma determinada quantidade, medida em (J/kg/K). É uma propriedade intensiva, independente da quantidade de substância considerada.

Tabela de comparação

Característica	Calor específico (c)	Capacidade térmica (C)
Definição	Quantidade de energia térmica necessária para elevar a temperatura de 1 unidade de massa de uma substância por grau 1 (Celsius ou Kelvin)	Quantidade total de energia térmica necessária para elevar a temperatura de um determinado quantidade de material by grau 1
Depende de	Tipo de material	Tipo de material e massa
Unidades (SI)	J/kg⋅K (Joules por quilograma por Kelvin)	J/K (Joules por Kelvin)
Informação fornecida	Informa quanto calor um material precisa para aquecer por unidade de massa	Informa o calor total necessário para aquecer uma quantidade específica de material
Exemplo	Água: 4.18 J/g°C = 4184 J/kg⋅K	100g de água a 20°C precisam de 16.7 kJ para atingir 30°C (C = mcΔT)

O que é Calor Específico?

Calor específico, denotado pelo símbolo C, é uma propriedade fundamental de uma substância que quantifica sua capacidade de absorver ou liberar energia térmica. Ele mede a quantidade de energia térmica necessária para aumentar a temperatura de uma unidade de massa da substância em um grau Celsius (ou um Kelvin). O calor específico é expresso em unidades de joules por grama por grau Celsius (J/g°C) ou joules por quilograma por grau Celsius (J/kg°C).

Compreendendo o calor específico

Quando a energia térmica é fornecida a uma substância, sua temperatura aumenta. O calor específico da substância determina quanta energia térmica é necessária para esse aumento de temperatura. Substâncias com alto calor específico requerem mais energia térmica para aumentar sua temperatura em comparação com substâncias com baixo calor específico.

Importância do Calor Específico

1. Propriedades térmicas: O calor específico desempenha um papel crucial na compreensão do comportamento térmico dos materiais. Ajuda a prever como as substâncias respondem às mudanças de temperatura.
2. Calorimetria: O calor específico é essencial na calorimetria, a ciência que mede as mudanças de calor em reações químicas ou processos físicos. Medindo a mudança de temperatura e conhecendo o calor específico das substâncias envolvidas, pode-se calcular a quantidade de calor absorvido ou liberado.
3. Ciências do Clima e da Terra: O calor específico influencia o clima e os padrões meteorológicos da atmosfera e dos oceanos da Terra. Substâncias com alto calor específico, como a água, podem armazenar grandes quantidades de energia térmica, moderando as mudanças de temperatura no ambiente.
4. Engenharia e Tecnologia: O calor específico é crucial em aplicações de engenharia, como projeto de sistemas de aquecimento e resfriamento, seleção de materiais para construção e otimização do uso de energia em vários processos.

Fórmula para Calor Específico

O calor específico (C) de uma substância pode ser calculado usando a fórmula:

Q=mcΔT

Onde:

• Q é a quantidade de energia térmica transferida (em joules).
• m é a massa da substância (em gramas ou quilogramas).
• c é o calor específico da substância (em J/g°C ou J/kg°C).
• ΔT é a mudança de temperatura (em graus Celsius ou Kelvin).

O que é capacidade térmica?

Capacidade térmica, indicada pelo símbolo Cp​ para pressão constante ou Cv​ para volume constante, é uma medida da quantidade de energia térmica necessária para aumentar a temperatura de uma substância em um grau Celsius (ou Kelvin). Ao contrário do calor específico, que se refere à capacidade térmica por unidade de massa de uma substância, a capacidade térmica representa a energia térmica total necessária para aumentar a temperatura de uma amostra inteira.

Compreendendo a capacidade térmica

A capacidade térmica é uma propriedade extensa, o que significa que depende da quantidade de substância presente. É responsável pelo efeito combinado da massa e do calor específico de uma substância. Substâncias com capacidades térmicas mais elevadas requerem mais energia térmica para aumentar a sua temperatura em comparação com substâncias com capacidades térmicas mais baixas, independentemente dos seus calores específicos.

Importância da capacidade térmica

1. Armazenamento Térmico: A capacidade térmica é crucial na determinação da capacidade de armazenamento térmico dos materiais. Substâncias com alta capacidade térmica, como a água, podem armazenar grandes quantidades de energia térmica, tornando-as úteis em sistemas de armazenamento de energia térmica.
2. Regulação de temperatura: A capacidade térmica influencia a capacidade das substâncias de manter temperaturas estáveis. Materiais com altas capacidades térmicas tendem a exibir perfis de temperatura mais estáveis, ajudando a regular as flutuações de temperatura em seu entorno.
3. Engenharia e Processos Industriais: Compreender a capacidade térmica dos materiais é essencial em diversas aplicações industriais e de engenharia. Ajuda no projeto de sistemas de aquecimento e resfriamento, na seleção de materiais apropriados para construção e na otimização do uso de energia nos processos de fabricação.
4. Termodinâmica: A capacidade térmica é um conceito fundamental em termodinâmica, particularmente no estudo da transferência de calor e troca de energia em sistemas físicos e químicos. Desempenha um papel significativo na determinação da eficiência e desempenho dos processos térmicos.

Tipos de capacidade térmica

1. Capacidade de calor de pressão constante (Cp): Representa a capacidade térmica de uma substância sob condições de pressão constante. É responsável pelo trabalho realizado pela substância contra a pressão externa à medida que ela se expande ou contrai durante os processos de aquecimento ou resfriamento.
2. Capacidade de calor de volume constante (Cv): Representa a capacidade térmica de uma substância sob condições de volume constante. Exclui o trabalho realizado contra a pressão externa, concentrando-se apenas na mudança de energia interna da substância.

Relação com Calor Específico

A capacidade térmica (C) de uma substância pode ser calculado usando seu calor específico (c) e massa (m) com a fórmula:

C=mc

Onde:

• C é a capacidade térmica (em joules por grau Celsius ou Kelvin).
• m é a massa da substância (em gramas ou quilogramas).
• c é o calor específico da substância (em J/g°C ou J/kg°C).

Principais diferenças entre calor específico e capacidade térmica

• Definição:
  • O calor específico mede a quantidade de energia térmica necessária para aumentar a temperatura de uma unidade de massa de uma substância em um grau Celsius (ou Kelvin).
  • A capacidade térmica representa a energia térmica total necessária para aumentar a temperatura de uma amostra inteira, independentemente de sua massa.
• Unidades:
  • O calor específico é expresso em unidades de joules por grama por grau Celsius (J/g°C) ou joules por quilograma por grau Celsius (J/kg°C).
  • A capacidade térmica é expressa em unidades de joules por grau Celsius (J/°C) ou joules por Kelvin (J/K).
• Dependência da Quantidade:
  • O calor específico é uma propriedade intensiva, ou seja, não depende da quantidade de substância presente. Permanece constante para uma determinada substância.
  • A capacidade térmica é uma propriedade extensa, dependente da quantidade de substância presente. Aumenta proporcionalmente com a massa da substância.
• Aplicação:
  • O calor específico é comumente usado na análise das propriedades térmicas de substâncias e em experimentos de calorimetria.
  • A capacidade térmica é utilizada em aplicações de engenharia, como no projeto de sistemas de aquecimento e resfriamento e na determinação da capacidade de armazenamento térmico dos materiais.

Referências

1. https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.4.2029
2. https://www.annualreviews.org/doi/full/10.1146/annurev.physchem.56.092503.141202

Última atualização: 02 de março de 2024