Transferencia de calor

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Calor Específico
O cociente da quantidade de energia (Q) fornecida por calor a um corpo pelo
correspondente acréscimo de temperatura (∆t) é chamado capacidade térmica deste
corpo:
C=

Q
∆t

Para caracterizar não o corpo, mas a substância que o constitui, definimos o
calor específico como a capacidade térmica por unidade de massa do corpo:
c=

1Q
m ∆t

Em palavras, o calorespecífico representa a quantidade de energia necessária
para elevar de 1 oC a temperatura de 1 g da substância considerada. Por outro lado,
embora o calor específico seja função da temperatura, nesse caderno vamos
considerar apenas os casos em que ele permanece constante com a variação da
temperatura.
O calor específico varia grandemente de uma substância para outra. Contudo,
se tomarmos amostrascom o mesmo número de partículas, isso não acontece. Por
isso, definimos, alternativamente, a capacidade térmica molar:
CM =

1Q
n ∆t

em que n é o número de mols da substância que compõe o corpo. A tabela abaixo
mostra calores específicos e capacidades térmicas molares para alguns metais.

Substância

c (cal / g oC)

CM (cal / mol oC)

Alumínio

0,215

5,82

Chumbo

0,0316,40

Cobre

0,092

5,85

Ferro

0,112

6,26

Mercúrio

0,033

6,60

Prata

0,056

6,09

Exemplo
Vamos supor que misturamos 2 litros de água a 20 0C com 8 litros de água a
0

50 C.

Grupo de Ensino de Física da Universidade Federal de Santa Maria

O corpo A, de 8 litros de água, perde uma quantidade de energia QA enquanto
o corpo B, de 2 litros de água, ganha aquantidade de energia QB. Pela definição de
calor específico, podemos escrever:
Q A = − cm A ( t F − t A )
e
QB = cmB ( tF − tB )
em que mA = 8 kg, tA = 50 oC, mB = 2 kg, tB = 20 oC, c representa o calor específico da
água e tF, a temperatura Celsius da mistura no equilíbrio térmico.
Ao escrevermos as duas expressões acima, estamos usando a seguinte
convenção de sinal: a energia que entranum corpo é tomada como positiva e a
energia que sai de um corpo é tomada como negativa.
Se, no processo de mistura, não houve perdas de energia para a vizinhança
dos dois corpos, a quantidade de energia perdida pelo corpo A deve ser igual à
quantidade de energia ganha pelo corpo B: QA = QB. Assim:
mB ( tF − tB ) = − mA ( tF − tA )
Substituindo os valores numéricos e isolando a temperaturafinal, temos:
TF =

m A TA + m B TB ( 8 kg ) ( 50 o C ) + ( 2 kg ) ( 20 o C )
=
= 44 o C
m A + mB
8 kg + 2 kg

Portanto, a temperatura final da mistura de 2 litros de água a 20 0C com 8 litros
de água a 50 0C é 44 oC.
Experimento de Capacidade Térmica
O objetivo desta atividade experimental é desenvolver a percepção de que
corpos diferentes, mas com temperaturas iguais, trocamdiferentes quantidades de
energia com a vizinhança.
Vamos precisar de um Becker, um bico de Bunsen, um tripé, uma tela de
amianto, uma pinça e um bloco de parafina. Vamos precisar também de três corpos de
teste, com forma de paralelepípedo, constituídos de metais diferentes, mas com
massas iguais e com seções retas de áreas iguais.

• Colocamos a tela de amianto sobre o tripé e, sobre ela, oBecker com água.
Acendemos o bico de Bunsen e esperamos a água ferver (Fig.26(a)).

Grupo de Ensino de Física da Universidade Federal de Santa Maria

• Colocamos os três corpos de teste na água fervente por alguns minutos. Não
apagamos o Bico de Bunsen.
Discussão 1
(a) Discuta o que acontece, em termos energéticos, com os corpos de teste.
(b) Discuta a temperatura dos corpos de teste enquantoeles estão na água
fervente.
(c) Discuta a duração dos processos envolvidos.
Para avaliar a quantidade de energia trocada entre os corpos de teste e a
vizinhança, podemos observar a quantidade de parafina derretida quando em contato
com os corpos de teste. A parafina faz o papel da vizinhança.
• Tomando os corpos de teste com a pinça, nós os colocamos em contato com
a parafina e...
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