Por Kevin Beck – Atualizado em 30 de agosto de 2022

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Compreendendo o Calor na Física

O calor é uma forma de energia medida em joules (J), a unidade SI equivalente a um newton-metro. Em contextos cotidianos, costumamos usar calorias (1 cal =4,18 J) ou BTUs, mas para cálculos científicos o joule é o padrão.

O calor flui naturalmente das regiões mais quentes para as mais frias. Embora não possamos ver o calor em si, inferimos a sua presença a partir das mudanças de temperatura. A temperatura representa a energia cinética média das moléculas de uma substância; adicionar calor aumenta essa energia cinética e, portanto, aumenta a temperatura.

O que é calorimetria?

Calorimetria é o método experimental para determinar quanto calor é necessário para alterar a temperatura de uma substância. Ao colocar uma massa conhecida de um material num calorímetro selado, adicionar uma quantidade precisa de calor e medir o aumento de temperatura resultante, podemos calcular a sua capacidade térmica específica.

A caloria - usada nos rótulos dos alimentos como quilocaloria (kcal) - é definida como o calor necessário para elevar 1 g de água em 1 °C (ou 1 K). Um refrigerante de 12 onças, por exemplo, contém cerca de 150.000 calorias (150 kcal).

A Equação da Capacidade Calorífica

A relação fundamental entre calor, massa, mudança de temperatura e calor específico é expressa como:

Q =m·C·ΔT

Aqui, P é o calor adicionado (em joules), m é a massa (gramas), ΔT é a mudança de temperatura (Kelvin ou °C) e C é a capacidade calorífica específica (J/g·K).

Capacidade térmica específica versus capacidade térmica

A capacidade térmica refere-se ao calor total necessário para aumentar a temperatura de um objeto em 1 K, expresso em J/K. Depende da massa do objeto. A capacidade térmica específica, medida em J/g·K, é uma propriedade intrínseca que permite a comparação entre diferentes materiais independentemente da massa.

Por exemplo, a alta capacidade de calor específico da água (~4,18 J/g·K) significa que ela pode absorver grandes quantidades de calor com apenas um aumento modesto de temperatura - uma característica essencial para os organismos vivos e para a regulação climática.

Cálculo da capacidade térmica específica

Para determinar experimentalmente a capacidade de calor específico, divida o calor adicionado pelo produto da massa e da mudança de temperatura:

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Exemplo Prático:Cobre
 
 A capacidade térmica específica do cobre é 0,386 J/g·K. Para elevar 1 kg (1.000 g) de cobre de 0 °C a 100 °C:
 
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 Assim, a capacidade térmica deste bloco de cobre de 1 kg é 386 J/K (uma vez que são necessários 38.600 J para um aumento de 100 K). 
 
Por que é importante
 
 Compreender a capacidade térmica e o calor específico é fundamental para projetar sistemas térmicos, selecionar materiais de dissipadores de calor e prever mudanças de temperatura em engenharia, química e ciências ambientais.