Quantos joules são necessários para alterar em 1 graus a temperatura de uma grama de água?

Você já notou como a água é gelada, mas a areia esquenta enquanto você está na praia? Por que existe essa variação de temperatura quando o sol é o mesmo? Você deve ter pensado nisso! Quando aplicamos calor a um elemento sólido ou líquido, sua temperatura aumenta. Se a mesma quantidade de calor for aplicada a dois tipos distintos de materiais, os aumentos de temperatura em cada sólido podem ser diferentes. Como resultado, o aumento da temperatura para diferentes tipos de sólidos varia dependendo da composição do sólido. Capacidade de calor específico é o nome para esses fenômenos.

Qual é a capacidade de calor?

A capacidade de calor é uma medida da energia interna total de um sistema. Isso compreende a energia cinética geral do sistema, bem como a energia potencial das moléculas. Foi demonstrado que a energia interna de um sistema pode ser alterada dando-lhe energia térmica ou trabalhando nele. A energia interna de um sistema aumenta à medida que a temperatura aumenta. Esse aumento na energia interna é afetado pelas diferenças de temperatura, pela quantidade de substância presente e assim por diante. 

A quantidade de energia térmica necessária para aumentar a temperatura de uma determinada quantidade de matéria em um grau Celsius é conhecida como capacidade de calor . A capacidade térmica de uma determinada substância varia com seu tamanho ou quantidade, tornando-a uma propriedade extensa.

Matematicamente, a capacidade térmica é dada por:

Q = C ΔT

onde Q é a quantidade de energia térmica necessária para causar uma mudança de temperatura de ΔT e C é a capacidade de calor do sistema em consideração.

A unidade de capacidade de calor é Joule por Kelvin (J / K) ou Joule por grau Celsius (J / ° C).

Capacidade Específica de Calor

A capacidade térmica específica, em geral, é uma medida de quanta energia é necessária para alterar a temperatura de um sistema. No entanto, é fundamental entender que a ingestão de energia deve ser por meio de aquecimento. Se o trabalho for feito no sistema, a temperatura aumentará; no entanto, tentar calcular o aumento de temperatura usando a capacidade de calor e a quantidade de trabalho realizado nele é impreciso.

A quantidade de energia térmica necessária para aumentar a temperatura de uma substância por unidade de massa é chamada de capacidade térmica específica . A capacidade térmica específica de uma substância é uma característica física. É também um exemplo de propriedade extensa porque seu valor é proporcional ao tamanho do sistema em consideração.

Outra coisa a se considerar é a limitação a que o sistema está sujeito. Como o último trabalha em seus arredores à medida que se expande, a capacidade de calor específica de um sistema mantido em volume constante difere daquela de um sistema mantido em pressão constante. Essas discrepâncias são normalmente esquecidas ao lidar com sólidos, mas são críticas ao trabalhar com gases.

O calor específico de um sólido ou líquido é uma quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura da unidade de massa do sólido em 1 ° C. É representado pelo símbolo C.

É uma quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de 1 kg de líquido ou sólido em 1 K em unidades do SI. Sua unidade SI é sempre J kg -1 K -1 , e sua unidade CGS é sempre Cal g -1 C -1 .

Se ΔQ é a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura da massa m até ΔT, então a fórmula para o calor específico é:

C = ΔQ ⁄ m ΔT 

ou 

ΔQ = mc ΔT

Calor Específico Molar

O calor específico molar de um sólido ou líquido é uma quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de um molar de sólido ou líquido em um grau Celsius ou um grau Kelvin.

É denotado pela letra C. Sua unidade é J mol -1 K -1 . Para aumentar a temperatura de μ moles de sólido em ΔT, uma quantidade de calor igual a ΔQ = μ CT seria necessária.

A quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de 1 grama de molécula de uma substância em um grau centígrado é conhecida como a capacidade térmica específica molar da substância, abreviada como C. O calor específico da água é considerado 1. Isso ocorre porque usamos água para definir a unidade de calor (caloria).

Calor Específico de Água

A capacidade térmica específica da água à pressão e temperatura normais é de aproximadamente 4,2 J ⁄ g ° C ou 1 Cal ⁄ g ° C. Isso significa que 1 grama de água requer 4,2 joules de energia para aumentar 1 grau Celsius. Este número é realmente muito alto. Mesmo o vapor de água tem uma capacidade de calor específico mais alta do que muitos outros materiais em temperatura normal. A capacidade de calor específica do vapor de água à pressão e temperatura normais é de aproximadamente 1,9 J ⁄ g ° C.

A temperatura da água cai à medida que libera calor e aumenta à medida que absorve calor, como acontece com outros líquidos. Mas a temperatura da água líquida cai ou aumenta mais lentamente do que a de muitos outros líquidos. Podemos concluir que a água absorve calor sem causar um aumento instantâneo da temperatura. Ele também mantém sua temperatura por um período de tempo consideravelmente mais longo do que muitas outras substâncias.

Empregamos esta propriedade da água no corpo humano para mantê-lo a uma temperatura estável. Haveria muito mais ocorrências de subaquecimento e superaquecimento se a água tivesse um valor de calor específico mais baixo.

Calor específico em pressão ou volume constante

Quando um sólido é aquecido em uma faixa de temperatura limitada, sua pressão permanece constante. À pressão constante , isto é referido como o calor específico , abreviados como C P .

Quando um sólido é aquecido em uma faixa de temperatura curta, seu volume permanece constante. A volume constante , isto é referido como o calor específico , abreviados como C V .

A forma como o gás é aquecido afeta o comportamento do gás, a mudança de volume e pressão na temperatura e a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de 1 g de gás em 1 ° C. Podemos aquecer o gás com uma variedade de P e Valores V.

Como resultado, o valor de calor específico é ilimitado. Se não fornecermos uma quantidade constante de calor, o calor específico do gás mudará. Como resultado, precisaremos de uma pressão ou volume constante de calor específico.

Para um gás ideal,

C P - C V = n R

onde, C V é a capacidade de calor em volume constante, C P é a capacidade de calor em pressão constante, R é a constante molar de gás en é a quantidade de substância.

O valor da constante de gás, R = 8,3145 J mol -1 K -1

Razão C P ⁄ C V (Razão de capacidade de calor)

O índice adiabático também é conhecido como razão de capacidade de calor ou razão de capacidades de calor específicas (C P : C V ) em termodinâmica. A relação entre a capacidade de calor em pressão constante (C P ) e a capacidade de calor em volume constante (C V ) é definida como a relação de capacidade de calor.

O fator de expansão isentrópico, comumente conhecido como razão de capacidade térmica, é indicado por γ para um gás ideal (gama). Como resultado, a taxa de calor específico, γ é igual à razão de C P a C V , ou seja, γ = C P / C V .

Por que C P é maior que C V ?

Os calores específicos de um gás ideal são representados por C P e C V . Esta é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura da unidade de massa em 1 ° C. Pela primeira lei da termodinâmica,

ΔQ = ΔU + ΔW

onde, ΔQ é a quantidade de calor que é fornecida ao sistema, ΔU é a mudança na energia interna e ΔW é o trabalho realizado.

Com pressão constante, o calor é absorvido para aumentar a energia interna e fazer qualquer trabalho no sistema. Por outro lado, o calor é absorvido apenas para aumentar a energia interna em volume constante, para não fazer qualquer trabalho no sistema. Como resultado, o calor específico sob pressão constante é maior do que em volume constante, ou seja, Cp> Cv.

Formulários

• Os isoladores utilizam materiais com elevada capacidade térmica específica. Veja, por exemplo, a madeira. As casas construídas em madeira são mais adequadas para áreas com altas ou baixas temperaturas.
• A água da piscina costumava ser fria em comparação com a temperatura externa devido ao alto calor específico da água.
• Os utensílios de cozinha são feitos de um material de baixo calor específico. Você pode aquecer imediatamente seus fundos. Isso se deve ao fundo de alumínio ou cobre polido. Para manter o calor e proteger nossas mãos, os cabos desses utensílios são feitos de material de alto calor específico.

Problemas de amostra

Problema 1: Qual é a vantagem da capacidade de calor da água?

Solução:

Como a água tem uma grande capacidade de calor, um aumento de um grau na temperatura requer mais energia. O sol emite uma quantidade relativamente consistente de energia, o que faz com que a areia aqueça mais rápido e a água mais devagar.

Problema 2: Calcular o calor necessário para elevar 0,5 Kg de areia de 30 ° C para 90 ° C? (Calor específico de areia = 830 J ⁄ Kg ° C)

Solução:

Dado:

Massa de areia, m = 0,5 Kg

Diferença de temperatura, ΔT = 90 ° C - 30 ° C = 60 ° C

Calor específico da areia, C = 830 J ⁄ Kg ° C

A fórmula para capacidade de calor específica é dada como:

C = ΔQ ⁄ m ΔT

Reorganize a fórmula em termos de Q.

Q = m C ΔT

= 0,5 Kg × 830 J ⁄ Kg ° C × 60 ° C

= 24900 J.

Por isso, o calor necessário para aumentar a temperatura da areia é 24900 J .

Problema 3: Qual é a diferença entre capacidade de calor e capacidade de calor específica?

Solução:

A capacidade de calor específico é o calor necessário para elevar a temperatura de uma substância em 1 grau Celsius. Da mesma forma, a capacidade térmica é a razão entre a energia fornecida a uma substância e o aumento correspondente em sua temperatura.

Problema 4: Calcule a diferença de temperatura se 40 Kg de água absorvem 400 KJ de calor?

Solução:

Dado:

Massa de água, m = 40 Kg

Transferência de calor, Q = 400 KJ,

Calor específico da água, c = 4,2 × 10 3 J ⁄ Kg ° C

A fórmula para capacidade de calor específica é dada como:

c = ΔQ ⁄ m ΔT

Reorganize a fórmula em termos de ΔT.

ΔT = ΔQ ⁄ cm

= (400 × 10 3 ) ⁄ (4,2 × 10 3 × 40) ° C

= 2,38 ° C

Por isso, a diferença de temperatura é 2,38 ° C .

Problema 5: Qual é a relação da capacidade de calor?

Solução:

É a razão de duas capacidades de calor específicas, C P e C V, dada por: A Capacidade de Calor a Pressão Constante (C P ) / Capacidade de Calor a Volume Constante (C V ).

O fator de expansão isentrópica, comumente conhecido como razão de capacidade térmica, é indicado por γ para um gás ideal (gama). Como um resultado, a taxa de calor específico, γ é igual à razão de C P a C V , ou seja, γ = C P / C V .

Quantos joules são necessários para alterar em 1 c temperatura de 1 grama de água?

É a quantidade de energia necessária para elevar 1 grama de água em 1º C?

Quantos joules para aquecer 1 litro de água?

Quantos joules tem um grau?