Fórmulas de Capacidade Calorífica, Unidades e Medidas

O capacidade de calor um corpo ou sistema é a relação entre a energia calorífica resultante transmitida para o corpo e a mudança de temperatura sofrida no processo. Outra definição mais precisa é que se refere à quantidade de calor deve ser transmitida para um organismo ou sistema para a sua temperatura a subir um grau Kelvin.

continuamente acontece que os corpos quentes libertar calor para os organismos mais frios em um processo que continua enquanto existir uma diferença de temperatura entre os dois corpos em contacto. Em seguida, a energia do calor é transmitido a partir de um sistema para outro, o simples facto de que existe uma diferença entre a temperatura.

Por acordo, é definido como calor (Q) positivo que é absorvido por um sistema e calor negativo que é transferido por um sistema.

Do exposto, deduz-se que nem todos os objetos absorvem e conservam o calor com a mesma facilidade; assim, certos materiais são aquecidos mais facilmente que outros.

Deve notar-se que, em última análise, a capacidade de calor de um corpo, depende da natureza e composição dos mesmos.

Índice

• 1 Fórmulas, unidades e medidas
• 2 calor específico
  • 2.1 Calor específico da água
  • 2.2 transmissão de calor
• 3 Exemplo
  • 3.1 Fase 1
  • 3.2 Fase 2
  • 3.3 Estágio 3
  • 3.4 Estágio 4
  • 3.5 Estágio 5
• 4 referências

Fórmulas, unidades e medidas 

A capacidade calorífica pode ser determinada a partir da seguinte expressão:

C = dq / dt

Si a mudança de temperatura é suficientemente pequena, a expressão anterior pode ser simplificada e substituída com a seguinte:

C = Q / ΔT

Em seguida, a unidade de medição da capacidade de calor no sistema internacional é o joule por kelvin (J / K).

A capacidade de calor pode ser medida a pressão constante C_p ou em volume constante C_v.

Calor específico

Muitas vezes, a capacidade de calor de um sistema depende da quantidade de substância ou da massa. Nesse caso, quando um sistema é composto de uma única substância com características homogéneas é necessário calor específico, também chamada capacidade de calor específico (c).

Assim, a massa de calor específica é a quantidade de calor a ser fornecido à unidade de massa de uma substância para aumentar a sua temperatura em Kelvin, e pode ser determinada a partir da seguinte expressão:

c = Q / m ΔT

Nesta equação, m é a massa da substância. Por conseguinte, a unidade de medição do calor específico, neste caso, é o joule por quilograma por kelvin (J / kg K), ou Julho por grama por kelvin (J / g de K).

Da mesma forma, o calor específico molar é a quantidade de calor a ser fornecido para uma mole de uma substância para aumentar a sua temperatura em um grau Kelvin. E isso pode ser determinado a partir da seguinte expressão:

c = Q / n ΔT

Na referida expressão n é o número molar da substância. Isto implica que a unidade de medição do calor específico, neste caso, é o joule por mole por kelvin (J / mol K).

Calor específico da água

Os calores específicos de muitas substâncias são calculados e facilmente acessíveis em tabelas. O valor do calor específico da água em estado líquido é de 1000 cal / kg K = 4186 J / kg de K. Por outro lado, o calor específico da água gasosa é 2,080 J / K kg e de estado sólido de 2050 J / kg K.

Transmissão de calor

Desta forma, e uma vez que já são calculados os valores específicos da grande maioria das substâncias, é possível determinar a transferência de calor entre dois corpos ou sistemas com as seguintes expressões:

Q = c m ΔT

Ou se o calor específico do molar é usado:

Q = c n ΔT

Deve-se notar que tais expressões para determinar fluxos de calor desde que nenhuma mudança de estado ocorre.

No processo de mudança de estado falando de calor latente (G), definida como a energia necessária para uma quantidade de substância de mudança de fase ou estado, quer a partir de sólido para líquido (calor de fusão, G_f) ou de líquido a gasoso (calor de vaporização, L_v).

Deve-se notar que tal energia na forma de calor é consumido inteiramente na mudança de fase e não reverte a uma mudança na temperatura. Nesses casos, as expressões para o cálculo do fluxo de calor em um processo de vaporização são:

Q = L_v m

Se o calor específico dos molares for usado: Q = L_v n

Em um processo de fusão: Q = L_f m

Se o calor específico dos molares for usado: Q = L_f n

Em geral, assim como o calor específico, calor latente da maioria das substâncias já estão calculados e são facilmente tabelas acessíveis. Assim, por exemplo, no caso da água você tem que:

L_f = 334 kJ / kg (79,7 cal / g), a 0 ° C; L_v = 2,257 kJ / kg (539,4 cal / g), a 100 ° C.

Exemplo

Para o caso de água, se uma massa de água congelada (gelo) 1 kg de -25 ° C a uma temperatura de 125 ° C (vapor), aqueceu-se o calor consumido no processo é calculada como se segue :

Estágio 1

Gelo de -25 ºC a 0 ºC.

Q = c m ΔT = 2050 1 25 = 51250 J

Estágio 2

Mudança de estado de gelo para água líquida.

Q = L_f m = 334000 1 = 334000 J

Estágio 3

Água líquida entre 0 ºC e 100 ºC.

Q = c m ΔT = 4186 1 100 = 418600 J

Estágio 4

Mudança de estado da água líquida para o vapor de água.

Q = L_v m = 2257000 1 = 2257000 J

Etapa 5

Vapor de água de 100 ºC a 125 ºC.

Q = c m ΔT = 2080 1 25 = 52000 J

Assim, o fluxo total de calor no processo é a soma do produzido em cada uma das cinco etapas e resulta em 31112850 J.

Referências

1. Resnik, Halliday e Krane (2002).Física Volume 1. Cecsa
2. Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, ed.O mundo da química física. Capacidade de calor. (n.d.) Na Wikipedia. Retirado em 20 de março de 2018, de en.wikipedia.org.
3. Calor Latente (n.d.) Na Wikipedia. Retirado em 20 de março de 2018, de en.wikipedia.org.
4. Clark, John, O.E. (2004).O dicionário essencial da ciência. Barnes & Noble Books.
5. Atkins, P., de Paula, J. (1978/2010).Química Física(primeira edição de 1978), nona edição de 2010, Oxford University Press, Oxford UK.