Capacidade de calor

Qual é a capacidade de calor?

O capacidade de calor de um corpo ou sistema é o quociente que resulta entre a energia térmica transmitida a esse corpo e a mudança de temperatura que ela experimenta nesse processo. Outra definição mais precisa é que ela se refere a quanto calor é necessário transmitir a um corpo ou sistema, para que sua temperatura aumente um diploma de Kelvin.

Acontece continuamente que os corpos mais quentes dão calor aos corpos mais frios em um processo que se estende enquanto há uma diferença de temperatura entre os dois corpos em contato. Portanto, o calor é a energia que é transmitida de um sistema para outro pelo simples fato de que existe uma diferença de temperatura entre eles.

Por acordo, é definido como calor (Q) positivo que é absorvido por um sistema e como um calor negativo que é atribuído por um sistema.

A partir do exposto, segue -se que nem todos os objetos absorvem e retêm o calor com a mesma facilidade; Assim, certos materiais são aquecidos mais facilmente do que outros.

Deve -se levar em consideração que, em última análise, a capacidade de calor de um corpo depende da natureza e da composição do mesmo.

Fórmulas, unidades e medidas

A capacidade de calor pode ser determinada com base na seguinte expressão:

C = DQ/DT

SI A mudança de temperatura é suficientemente pequena, a expressão anterior pode ser simplificada e substituída pelo seguinte:

C = Q/ΔT

Então, a unidade de medida de capacidade de calor no sistema internacional é julho por Kelvin (J/K).

A capacidade de calor pode ser medida a pressão constante c_p ou no volume constante C_v.

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Calor específico

Muitas vezes a capacidade de calor de um sistema depende de sua quantidade de substância ou de sua massa. Nesse caso, quando um sistema é composto de uma única substância com características homogêneas, o calor específico é necessário, também chamado de capacidade de calor específica (c).

Assim, o calor de massa específico é a quantidade de calor que deve ser fornecida à unidade de massa de uma substância para aumentar sua temperatura em um grau de Kelvin e pode ser determinada com base na seguinte expressão:

C = Q/ M ΔT

Nesta equação m é a massa da substância. Portanto, a unidade de medição de calor específica neste caso é de julho por quilograma de Kelvin (J/Kg K) ou também julho por grama por Kelvin (J/G K K).

Da mesma forma, o calor molar específico é a quantidade de calor que deve ser fornecida a um mol de uma substância para aumentar sua temperatura para um diploma de Kelvin. E pode ser determinado a partir da seguinte expressão:

C = Q/ N ΔT

Nesta expressão n é o número moles da substância. Isso implica que a unidade de calor específica de calor.

Calor específico de água

Aquecimentos específicos de muitas substâncias são calculados e facilmente acessíveis em tabelas. O valor de calor específico da água no estado líquido é de 1000 caloria/kg k = 4186 j/kg kg. Pelo contrário, o calor específico da água no estado gasoso é 2080 J/kg K e no estado sólido 2050 J/kg kg.

Transmissão de calor

Dessa maneira e como os valores específicos da grande maioria das substâncias já são calculados, é possível determinar a transmissão de calor entre dois corpos ou sistemas com as seguintes expressões:

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Q = c m Δt

Ou se o calor molar específico for usado:

Q = c n Δt

Deve -se ter em mente que essas expressões permitem determinar os fluxos de calor, desde que uma mudança de estado não ocorra.

Nos processos de mudança de status, há falar sobre o calor latente (L), que é definido como a energia necessária para que uma quantidade de substância altere a fase ou o estado, de sólido para líquido (calor derretido, l_F) ou de líquido para gasoso (calor de vaporização, l_v).

Deve -se levar em consideração que essa energia na forma de calor é consumida inteiramente na mudança de fase e não reverte uma variação da temperatura. Nesses casos, as expressões para calcular o fluxo de calor em um processo de vaporização são as seguintes:

Q = l_v m

Se o calor molar específico for usado: q = l_v n

Em um processo de fusão: Q = L_F  m

Se o calor molar específico for usado: q = l_F n

Em geral, como no calor específico, as mangas latentes da maioria das substâncias já são calculadas e são facilmente acessíveis em tabelas. Assim, por exemplo, no caso da água, você precisa:

eu_F  = 334 kJ/kg (79,7 cal/g) a 0 ° C; eu_v = 2257 kJ/kg (539,4 cal/g) a 100 ° C.

Exemplo

No caso da água, se uma massa congelada (gelo) de 1 kg for aquecida de uma temperatura de -25 ºC a uma temperatura de 125 ºC (vapor de água), o calor consumido no processo seria calculado da seguinte forma:

Estágio 1

Gelo de -25 ºC a 0 ºC.

Q = c m Δt = 2050 1 25 = 51250 J

Estágio 2

Mudança do estado de gelo para água líquida.

Q = l_F  M = 334000 1 = 334000 J

Estágio 3

Água líquida de 0 ºC a 100 ºC.

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Q = c m Δt = 4186 1 100 = 418600 j

Estágio 4

Mudança do estado da água líquida de água.

Q = l_v M = 2257000 1 = 2257000 J

Estágio 5

Vapor de água de 100 ºC a 125 ° C.

Q = c m Δt = 2080 1 25 = 52000 j

Assim, o fluxo total de calor no processo é a soma da produzida em cada uma das cinco etapas e resulta em 31112850 J.