Quanto maior a capacidade térmica de um corpo maior e a sua temperatura?

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Capacidade Térmica
Quanto maior a capacidade térmica de um corpo maior é a sua temperatura?
O que indica a capacidade térmica de um corpo?
Quanto maior a massa maior a capacidade térmica?
Quanto menor for a massa do corpo maior será a sua capacidade térmica?

Neste artigo abordaremos novamente a termologia. Assim como estudamos a diferença entre calor e temperatura (confira aqui), veremos a diferença entre capacidade térmica e calor específico. Do mesmo modo do artigo anterior, a compreensão destes conceitos torna-se fundamental para a resolução de problemas mais complexos dentro dessa área tão cobrado no Enem.

O calor específico de uma substância (c) é uma grandeza física intensiva, ou seja, se trata de uma grandeza que não varia com as dimensões da substância. Assim, 1 e 100 litros de água possuem o mesmo calor específico.

Por definição, o calor específico é a quantidade de calor necessária para que seja possível elevar a temperatura de uma determinada substância por unidade de temperatura. A unidade do sistema internacional é o joule por quilograma por kelvin – J/(kg.K) – mas a unidade mais comum é a caloria por grama por grau Celsius – cal/g.ºC – sendo que atualmente a grande maioria destes valores já se encontram tabelados.

Esta definição pode ser usada para explicar, por exemplo, o motivo do cobre ser aquecido de maneira mais fácil que a água, uma vez que o calor especifico da água é maior que o do cobre, demandando uma maior energia para que obtenha a mesma temperatura.

Capacidade Térmica

Já a capacidade térmica ou capacidade calorífica de uma substância (C) é uma grandeza física extensiva, sendo que é dependente da massa de sua respectiva substância. Deste modo, já vimos que 1 e 100 litros de água possuem o mesmo calor específico, porém apresentam capacidades térmicas diferentes, sendo que os 100 litros terão uma maior capacidade calorífica.

Sua definição nos traz que a capacidade térmica é a quantidade de calor necessária (cedida ou recebida) para que um corpo varie sua temperatura em uma unidade. A capacidade calorífica de um corpo é expressa em Joule por Kelvin (J/K), mas frequentemente encontrada como caloria por grau Celsius (cal/ºC).

Podemos ainda estabelecer uma relação entre a capacidade térmica e o calor específico de um corpo, desde que este apresente uma única substância. Através da equação fundamental da calorimetria e da definição de capacidade térmica temos que:

Onde m é a massa do corpo, c é seu calor específico e C é a capacidade calorífica. Podemos então notar que a capacidade térmica será dependente das propriedades do material e também de seu volume, enquanto o calor específico depende apenas das propriedades da substância.

Calor � a energia transferida entre dois ou mais sistemas devido a uma diferen�a de temperatura entre eles.

Por exemplo, quando pegamos um copo com ch� quente a energia � transferida do copo para nossa m�o e, quando pegamos um copo de �gua com gelo, a energia � transferida da nossa m�o para o copo. Ou seja, quando dois corpos est�o em contato, a transfer�ncia de energia ocorre do mais quente para o mais frio.

O calor � espontaneamente transferido do corpo que possui temperatura mais alta para o que possui temperatura mais baixa, e o calor s� � transferido enquanto os corpos possu�rem temperaturas diferentes entre si, isso porque uma vez que � atingido o equil�brio t�rmico, os corpos adquirem a mesma temperatura e deixa de ocorrer o fluxo de energia, ou seja, calor.

Os corpos possuem calor?

N�o! Os corpos possuem energia.

Todos os corpos possuem o que denominamos energia interna que � a soma de todas as energias das mol�culas no seu interior.

A energia interna � composta pela energia cin�tica da agita��o molecular e dos �tomos dentro das mol�culas e pela energia potencial existente devido �s for�as entre essas mol�culas.

Quando um corpo cede ou recebe calor significa que sua energia interna est� diminuindo ou aumentando, pois ocorre uma transfer�ncia de energia. Ent�o, diz-se que calor � uma energia em tr�nsito.

Mas, cuidado! O calor flui do corpo de maior temperatura para o de menor, mas isso n�o significa que flua do corpo de maior energia interna para aquele que possui menor energia, por exemplo, h� mais energia interna em uma chaleira com �gua morna do que em uma x�cara com �gua fervente, contudo, uma chaleira com �gua quente pode transferir mais calor para outro corpo do que uma x�cara com �gua na mesma temperatura.

Como medimos calor?

Como calor � energia em tr�nsito entre dois sistemas, sua unidade de medida no Sistema Internacional � a mesma unidade de energia, isto �, o joule [J].

Tamb�m � muito comum o uso da caloria [cal] ou quilocaloria [kcal ou Cal].

A caloria � definida como a quantidade de calor necess�ria para elevar a temperatura de 1g de �gua l�quida de 1oC. O conte�do energ�tico dos alimentos �, normalmente, medido em quilocalorias, que equivale a 1.000 calorias, ou seja, � a quantidade de calor necess�ria para elevar a temperatura de 1kg de �gua em 1oC, portanto, 1kcal = 1Cal = 1000cal.

Foi James Prescott Joule quem verificou a rela��o entre o calor e a energia mec�nica, isto �, que uma caloria corresponde a 4,186 joules (1cal = 4,186J), com uma experi�ncia que levou seu nome: Experi�ncia de Joule.

Muitos aparelhos el�tricos utilizam a Unidade T�rmica Brit�nica ou BTU de British Thermal Unit, que � definida como a quantidade de calor necess�ria para elevar a temperatura de 1 libra (=0,45kg) de �gua l�quida de 1oF.

Por exemplo, os aparelhos de ar condicionado ou aquecedores de ambiente s�o classificados quanto � quantidade de calor que podem ceder ou retirar do ambiente em uma hora. Cada BTU corresponde a 252 calorias (1BTU = 252cal).

Resumindo:

1kcal = 1Cal = 1000cal = 3,968BTU = 4186J

As subst�ncias necessitam da mesma quantidade de calor para sofrerem mesma varia��o de temperatura?

Em geral, quando duas subst�ncias recebem ou cedem calor, durante um mesmo intervalo de tempo, a varia��o de suas temperaturas � diferente.

Podemos aquecer um pouco de �gua e a mesma quantidade de ferro, a uma mesma temperatura. Verificaremos que o ferro sofrer� a eleva��o da temperatura em muito pouco tempo, enquanto que a �gua precisar� de mais tempo para alcan�ar a mesma varia��o da temperatura alcan�ada pelo ferro.

Essa quantidade de calor necess�ria para variar a temperatura de uma certa quantidade de subst�ncia � chamada de Capacidade T�rmica (C). Em uma troca de calor entre duas subst�ncias diferentes, a temperatura de equil�brio t�rmico fica mais pr�xima da que possui maior capacidade t�rmica. Se a subst�ncia for a mesma, a temperatura de equil�brio ser� a m�dia da temperatura dos corpos envolvidos.

A capacidade t�rmica de um corpo � proporcional � massa e ao calor espec�fico da subst�ncia que comp�em o corpo, o que pode ser resumido pela equa��o C = mc, onde a constante c � denominada calor espec�fico da subst�ncia. Veja a simula��o:

Define-se o Calor Espec�fico (c) como a quantidade de calor necess�ria para elevar em 1oC, 1g da subst�ncia. Por exemplo, o calor espec�fico da �gua � igual a 1,0 cal/g�C, significa que � necess�rio fornecer uma quantidade de calor de 1,0 cal para aquecer 1,0 g de �gua de 1�C.

Quanto menor o calor espec�fico de uma subst�ncia, mais facilmente ela pode sofrer varia��es em sua temperatura. Veja a simula��o para a mesma massa de tr�s subst�ncias diferentes que recebem a mesma quantidade de calor.

Qual a diferen�a entre capacidade t�rmica e calor espec�fico de uma subst�ncia?

O calor espec�fico depende somente da subst�ncia, n�o da quantidade de massa, pois ele � definido com a quantidade de calor necess�ria para elevar uma unidade de massa de um grau Celsius (ou Kelvin, ou Fahrenheit). A capacidade t�rmica, al�m de depender do calor espec�fico da subst�ncia, depende da massa do corpo.

Quanto maior a capacidade térmica de um corpo maior é a sua temperatura?

Sabemos que a capacidade térmica de um corpo é a quantidade de calor necessária para variar de 1 grau à temperatura do corpo. Assim, um corpo que possui uma grande capacidade térmica necessita de maior quantidade de calor para ser aquecido do que um corpo com menor capacidade térmica.

O que indica a capacidade térmica de um corpo?

A capacidade térmica de um corpo tem a ver com a quantidade de energia que este recebe e a variação de temperatura que esta causa no corpo.

Quanto maior a massa maior a capacidade térmica?

Se duas amostras de um mesmo material com massas diferentes forem expostas à mesma variação de temperatura, a amostra de maior massa terá maior capacidade térmica, uma vez que essa grandeza é diretamente proporcional à massa do corpo.

Quanto menor for a massa do corpo maior será a sua capacidade térmica?

A capacidade térmica é uma propriedade dos corpos que depende apenas de sua massa, sendo assim, dois corpos feitos do mesmo material podem sofrer variações de temperatura diferentes ao receberem a mesma quantidade de calor se suas massas são diferentes.