Calor específico

Qual é o calor específico?

Ele calor específico É a quantidade de energia que um grama de uma determinada substância deve absorver para aumentar sua temperatura em um grau Celsius. 

É uma propriedade física intensiva, pois não depende da massa, pois é expressa apenas para um grama de substância; No entanto, está relacionado ao número de partículas e à massa molar delas, bem como às forças intermoleculares que as unem.

A quantidade de energia absorvida pela substância é expressa nas unidades Joule (j) e menos comumente em calorias (limão). Geralmente, supõe -se que a energia seja absorvida pelo calor; No entanto, a energia pode vir de outra fonte, como um trabalho realizado na substância (agitação rigorosa, por exemplo).

Fórmula de calor específica

A fórmula de calor específica é:

CE = Q/ΔT · M

Onde o que é absorvido, Δt a mudança de temperatura e M é a massa da substância; que de acordo com a definição corresponde a um grama. Fazendo uma análise de suas unidades que você tem:

Ce = j/ºc · g

Que também pode ser expresso das seguintes maneiras:

Ce = kj/k · g

CE = J/ºC · kg

O primeiro é o mais simples, e é com o qual os exemplos nas seções a seguir serão abordados.

A fórmula indica explicitamente a quantidade de energia absorvida (j) por um grama de substância em um grau ºC. Se essa quantidade de energia gostaria de limpar, seria necessário deixar de lado a equação E:

J = ce · ºc · g

Isso expresso de uma maneira mais apropriada e de acordo com as variáveis ​​seriam:

Q = CE · ΔT · M

Como o calor específico é calculado?

Água como referência

Na fórmula anterior 'M' não representa um grama de substância, porque já está implicitamente. Esta fórmula é muito útil para calcular os aquecimentos específicos de várias substâncias através da calorimetria.

Como? Usando a definição de calorias, que é a quantidade de energia necessária para aquecer um grama de água de 14,5 a 15,5ºC; Isso é igual a 4.184 J.

O calor específico da água é anormalmente alto, e essa propriedade é usada para medir os aquecimentos específicos de outras substâncias que conhecem o valor de 4.184 j.

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O que significa que o calor específico é alto? Isso se opõe à considerável resistência para aumentar sua temperatura, portanto, deve absorver mais energia; Ou seja, a água precisa esquentar por muito mais tempo em comparação com outras substâncias, que nas proximidades de uma fonte de calor são aquecidas quase no ato.

Por esse motivo, a água é usada em medições calorimétricas, pois não experimenta mudanças repentinas de temperatura, absorvendo a energia separada de reações químicas; Ou, neste caso, de contato com outro material mais quente.

Equilíbrio térmico

Como a água precisa absorver muito calor para aumentar sua temperatura, o calor pode vir de metal quente, por exemplo. Levando em consideração as massas de água e metal, uma troca de calor entre elas ocorrerá até que o chamado equilíbrio térmico seja alcançado.

Quando isso ocorre, as temperaturas de água e metal são equalizadas. O calor destacado por metal quente é igual ao absorvido pela água.

Desenvolvimento Matemático

Sabendo disso e com a última fórmula para descrever, você tem:

Q_Água= -Q_Metal

O sinal negativo indica que o calor é liberado do corpo mais quente para o corpo mais frio (água). Cada substância tem seu próprio calor específico e sua massa, portanto essa expressão deve ser desenvolvida da seguinte maneira:

Q_Água = CE_Água · Δt_Água · M_Água = -(CE_Metal · Δt_Metal · M_Metal)

O desconhecido é CE_Metal, Como no equilíbrio térmico, a temperatura final para água e metal é a mesma; Além disso, as temperaturas iniciais de água e metal são conhecidas antes de entrar em contato, assim como suas massas. Portanto, você tem que limpar o CE_Metal:

EC_Metal = (CE_Água · Δt_Água · M_Água)/ (-ΔT_Metal · M_Metal)

Sem esquecer o que CE_Água é 4.184 J/ºC · g. Se eles desenvolverem Δt_Água e Δt_Metal, Será (t_F - T_Água) e T_F - T_Metal), respectivamente. A água é aquecida, enquanto o metal esfria, e é por isso que o sinal negativo se multiplica a Δt_Metal ficando (t_Metal - T_F). Caso contrário, Δt_Metal teria um valor negativo para ser t_F menor (mais frio) do que t_Metal.

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A equação então é finalmente expressa desta maneira:

EC_Metal = CE_Água · (T_F - T_Água) · M_Água/ (T_Metal - T_F) · M_Metal

E com ela os aquecimentos específicos são calculados.

Exemplo de cálculo

Você tem uma esfera de um metal estranho que pesa 130g e com uma temperatura de 90ºC. Isso é submerso em um recipiente de água de 100g a 25ºC, dentro de um calorímetro. Quando o balanço térmico é atingido, a temperatura do recipiente se torna 40ºC. Calcule o metal CE.

A temperatura final, t_F, É 40ºC. Conhecendo os outros dados, você pode determinar o CE diretamente:

EC_Metal = (4.184 J/ ºc · g · (40 - 25) ºc · 100g)/ (90 - 40) ºC · 130g

EC_Metal = 0,965 J/ºC · G

Observe que o calor específico da água é cerca de quatro vezes o metal (4.184/0,965).

Quando CE é muito pequeno, quanto maior sua tendência de se aquecer; que está relacionado à sua condutividade térmica e disseminação. Um metal com maior CE tenderá a liberar ou perder mais calor, quando entrar em contato com outro material, em comparação com outro metal com menos CE.

Exemplos de calor específicos

Aquecimentos específicos para diferentes substâncias são mostrados abaixo.

Água

O calor específico da água, como foi dito, é 4.184 J/ºC · g.

Graças a esse valor, você pode fazer muito sol no oceano e a água dificilmente evaporará em um grau apreciável. Isso resulta em uma diferença térmica que não afeta a vida marinha. Por exemplo, quando você vai à praia nadar, embora lá fora faça muito sol, na água você sente uma temperatura mais baixa e mais fria.

A água quente também precisa liberar muita energia para esfriar. No processo, aqueça as massas do ar circulante, aumentando as temperaturas (temperadas) nas regiões costeiras durante os invernos.

Outro exemplo interessante é que, se não fôssemos formados pela água, um dia ao sol poderia ser mortal, porque as temperaturas de nossos corpos aumentariam rapidamente.

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Este valor exclusivo da CE é devido a pontes intermoleculares de hidrogênio. Estes absorvem o calor para quebrar, para que armazenem energia. Até que eles quebrem, as moléculas de água não serão capazes de vibrar aumentando a energia cinética média, o que se reflete em um aumento na temperatura.

Gelo

O calor específico de calor é 2.090 J/ºC · G. Como a água, tem valor incomumente alto. Isso significa que um iceberg, por exemplo, precisaria absorver uma enorme quantidade de calor para aumentar sua temperatura. No entanto, alguns icebergs de hoje até absorveram o calor necessário para derreter (calor latente de calor).

Alumínio

O calor específico do alumínio é 0,900 J/ºC · G. É um pouco menor que o metal da esfera (0,965 j/ºc · g). Aqui, o calor é absorvido para vibrar os átomos metálicos do alumínio em suas estruturas cristalinas, e não moléculas individuais ligadas por forças intermoleculares.

Ferro

O calor específico de calor é 0,444 j/ºc · g. Sendo menor que o do alumínio, significa que se opõe menos resistência ao aquecimento; Isto é, antes de um fogo um pedaço de ferro colocar o vermelho ao vivo muito antes de uma peça de alumínio.

Alumínio, opondo -se mais ao aquecimento, mantém comida quente por mais tempo quando a famosa papel alumínio é usada para embrulhar os lanches.

Ar

O calor específico do ar é de 1.003 J/ºC · G. Este valor está muito sujeito a pressões e temperaturas para consistir em uma mistura gasosa. Aqui o calor é absorvido para vibrar nitrogênio, oxigênio, dióxido de carbono, argônio, etc.

Prata

Finalmente, o calor específico para a prata é de 0,234 J/ºC · g. De todas as substâncias acima mencionadas, apresenta o menor valor de CE. Isso significa que antes de ferro e alumínio, um pedaço de prata aqueceria muito mais ao mesmo tempo que os outros dois metais. De fato, ele se harmoniza com sua alta condutividade térmica.

Referências

1. Capacidade de calor específico em química. Recuperado de: pensamento.com
2. Calor específico. Recuperado de: ScienceWorld.Volfrâmio.com