Capacidade Tèrmica E O Calor Especified. 18. Um Corpo De Massa 200 G É Aquecido Durante 30 Cegundos Por Uma Fonte De Calor Que Fornece Uma Potência De 210 W A Uma Taxa Constante. Dado O Gráfico Ca Temperatura Em Função Do Tempo (ao Lado), Determine A
Introdução
A capacidade térmica e o calor específico são conceitos fundamentais na física que descrevem a relação entre a quantidade de calor transferida a um corpo e a variação de temperatura desse corpo. Esses conceitos são essenciais para entender como os corpos reagem a mudanças de temperatura e como podemos calcular a quantidade de calor transferida em diferentes situações.
Capacidade Térmica
A capacidade térmica de um corpo é a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura desse corpo em 1 grau Celsius. Ela é medida em joules por grau Celsius (J/K) e é uma propriedade característica do material do corpo. A capacidade térmica depende da massa e da densidade do material, bem como da sua estrutura molecular.
Exemplo: Um corpo de massa 200 g tem uma capacidade térmica de 800 J/K, o que significa que é necessário 800 joules de calor para aumentar a temperatura desse corpo em 1 grau Celsius.
Calor Específico
O calor específico é a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de 1 gramas de um material em 1 grau Celsius. Ele é medida em joules por gramas por grau Celsius (J/g°C) e é uma propriedade característica do material. O calor específico depende da estrutura molecular do material e pode variar significativamente de um material para outro.
Exemplo: O calor específico do aço é de 0,5 J/g°C, o que significa que é necessário 0,5 joules de calor para aumentar a temperatura de 1 gramas de aço em 1 grau Celsius.
Relação entre Capacidade Térmica e Calor Específico
A capacidade térmica e o calor específico estão relacionados de forma inversa. Isso significa que, para um dado material, a capacidade térmica é inversamente proporcional ao calor específico. Isso pode ser expresso pela seguinte equação:
C = mc
onde C é a capacidade térmica, m é a massa do corpo e c é o calor específico.
Exemplo: Se um corpo de massa 200 g tem uma capacidade térmica de 800 J/K e um calor específico de 0,5 J/g°C, podemos calcular a massa do corpo usando a equação acima:
m = C / c = 800 J/K / 0,5 J/g°C = 1600 g
Aplicação Prática
A capacidade térmica e o calor específico têm aplicações práticas em diversas áreas, incluindo:
- Engenharia de calor: A capacidade térmica é fundamental para calcular a quantidade de calor transferida em sistemas de refrigeração e aquecimento.
- Física de materiais: O calor específico é essencial para entender as propriedades térmicas dos materiais e como eles reagem a mudanças de temperatura.
- Medicina: A capacidade térmica e o calor específico são importantes para entender como o corpo humano reage a mudanças de temperatura e como podemos calcular a quantidade de calor transferida em diferentes situações.
Exemplo Prático
Um corpo de massa 200 g é aquecido durante 30 segundos por uma fonte de calor que fornece uma potência de 210 W a uma taxa constante. Dado o gráfico da temperatura em função do tempo (ao lado), determine a capacidade térmica do corpo.
Gráfico da temperatura em função do tempo
| Tempo (s) | Temperatura (°C) |
|---|---|
| 0 | 20 |
| 10 | 25 |
| 20 | 30 |
| 30 | 35 |
Cálculo da capacidade térmica
A capacidade térmica pode ser calculada usando a seguinte equação:
C = Q / ΔT
onde C é a capacidade térmica, Q é a quantidade de calor transferida e ΔT é a variação de temperatura.
Cálculo da quantidade de calor transferida
A quantidade de calor transferida pode ser calculada usando a seguinte equação:
Q = Pt
onde Q é a quantidade de calor transferida, P é a potência da fonte de calor e t é o tempo de aquecimento.
Cálculo da variação de temperatura
A variação de temperatura pode ser calculada usando a seguinte equação:
ΔT = Tf - Ti
onde ΔT é a variação de temperatura, Tf é a temperatura final e Ti é a temperatura inicial.
Cálculo da capacidade térmica
A capacidade térmica pode ser calculada usando a seguinte equação:
C = Q / ΔT = (210 W x 30 s) / (35°C - 20°C) = 840 J/K
Conclusão
A capacidade térmica e o calor específico são conceitos fundamentais na física que descrevem a relação entre a quantidade de calor transferida a um corpo e a variação de temperatura desse corpo. Esses conceitos são essenciais para entender como os corpos reagem a mudanças de temperatura e como podemos calcular a quantidade de calor transferida em diferentes situações. A capacidade térmica e o calor específico têm aplicações práticas em diversas áreas, incluindo engenharia de calor, física de materiais e medicina.
Perguntas Frequentes
Q: O que é capacidade térmica?
A: A capacidade térmica é a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de um corpo em 1 grau Celsius.
Q: O que é calor específico?
A: O calor específico é a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de 1 gramas de um material em 1 grau Celsius.
Q: Como calcular a capacidade térmica de um corpo?
A: A capacidade térmica pode ser calculada usando a seguinte equação: C = mc, onde C é a capacidade térmica, m é a massa do corpo e c é o calor específico.
Q: Como calcular o calor específico de um material?
A: O calor específico pode ser calculado usando a seguinte equação: c = Q / (m x ΔT), onde c é o calor específico, Q é a quantidade de calor transferida, m é a massa do material e ΔT é a variação de temperatura.
Q: Qual é a relação entre capacidade térmica e calor específico?
A: A capacidade térmica e o calor específico estão relacionados de forma inversa. Isso significa que, para um dado material, a capacidade térmica é inversamente proporcional ao calor específico.
Q: Em que situações a capacidade térmica e o calor específico são importantes?
A: A capacidade térmica e o calor específico são importantes em diversas situações, incluindo engenharia de calor, física de materiais e medicina.
Q: Como calcular a quantidade de calor transferida em um sistema de refrigeração ou aquecimento?
A: A quantidade de calor transferida pode ser calculada usando a seguinte equação: Q = Pt, onde Q é a quantidade de calor transferida, P é a potência da fonte de calor e t é o tempo de aquecimento.
Q: Qual é a unidade de medida da capacidade térmica?
A: A unidade de medida da capacidade térmica é joules por grau Celsius (J/K).
Q: Qual é a unidade de medida do calor específico?
A: A unidade de medida do calor específico é joules por gramas por grau Celsius (J/g°C).
Dúvidas Comuns
Q: Por que é importante saber a capacidade térmica e o calor específico de um material?
A: É importante saber a capacidade térmica e o calor específico de um material para entender como ele reage a mudanças de temperatura e como podemos calcular a quantidade de calor transferida em diferentes situações.
Q: Como a capacidade térmica e o calor específico são relacionados à segurança?
A: A capacidade térmica e o calor específico são relacionados à segurança em situações em que a temperatura pode variar rapidamente, como em sistemas de refrigeração ou aquecimento.
Q: Como a capacidade térmica e o calor específico são relacionados à eficiência?
A: A capacidade térmica e o calor específico são relacionados à eficiência em situações em que a quantidade de calor transferida é importante, como em sistemas de refrigeração ou aquecimento.
Conclusão
A capacidade térmica e o calor específico são conceitos fundamentais na física que descrevem a relação entre a quantidade de calor transferida a um corpo e a variação de temperatura desse corpo. Esses conceitos são essenciais para entender como os corpos reagem a mudanças de temperatura e como podemos calcular a quantidade de calor transferida em diferentes situações. A capacidade térmica e o calor específico têm aplicações práticas em diversas áreas, incluindo engenharia de calor, física de materiais e medicina.