Calor Específico

O calor específico é uma grandeza física relacionada com a quantidade de calor que produz uma variação térmica, sendo uma característica de cada material.

Para uma substância ou material alterar sua temperatura, é necessário receber ou ceder energia térmica. Para uma mesma quantidade de energia, substâncias diferentes irão apresentar uma variação diferente. Assim, o calor específico fornece uma indicação do quão a substância é sensível termicamente.

Dessa forma, ele determina a quantidade de calor necessária para a variação de 1 °C em 1 g da substância. Sua medida varia conforme as condições de temperatura e pressão ambientes, e da pureza dos material.

No Sistema Internacional (SI), o calor específico é medido em J/Kg.K (Joule por quilograma e por Kelvin). No entanto, é muito comum ser medido em cal/g.°C (caloria por grama e por grau Celsius).

O calor específico pode ser obtido em tabelas, experimentalmente ou, calculado.

Fórmula do Calor Específico

Para calcular o calor específico das substâncias utiliza-se a seguinte fórmula:

ou

Onde,

c: calor específico (cal/g.°C ou J/Kg.K)
Q: quantidade de calor (cal ou J)
m: massa (g ou Kg)
ΔT: variação de temperatura (°C ou K)
C: capacidade térmica (cal/°C ou J/K)

Tabela de Calor Específico

Lembre-se que cada substância apresenta um calor específico. Confira abaixo uma tabela com 15 substâncias e os valores do calor específico de cada uma.

Substância	Calor Específico (cal/g.ºC)
Água	1 cal/g.ºC
Álcool Etílico	0,58 cal/g.ºC
Alumínio	0,22 cal/g.ºC
Ar	0,24 cal/g.ºC
Areia	0,2 cal/g.ºC
Carbono	0,12 cal/g.ºC
Chumbo	0,03 cal/g.ºC
Cobre	0,09 cal/g.ºC
Ferro	0,11 cal/g.ºC
Gelo	0,50 cal/g.ºC
Hidrogênio	3,4 cal/g.ºC
Madeira	0,42 cal/g.ºC
Nitrogênio	0,25 cal/g.ºC
Oxigênio	0,22 cal/g.ºC
Vidro	0,16 cal/g.ºC

Conforme os dados da tabela a água apresenta calor específico de 1 cal/g.ºC. Isso quer dizer que é necessária a energia de 1 cal para haver a variação de 1 ºC em 1 g de água.

Calor Específico Molar

O calor específico molar, também chamado de capacidade calorífica molar, é determinado pela relação entre a capacidade térmica e o número de mols presentes.

Assim, quando a capacidade calorífica de uma substância é dada para um mol dessa substância, ela passa a designar-se calor específico molar.

Calor Específico e Capacidade Térmica

Outro conceito que está relacionado com o calor específico é o de capacidade térmica (C).

Essa grandeza física é determinada pela quantidade de calor fornecida a um corpo e a variação de temperatura sofrida por ele.

Ela pode ser calculada pela seguinte fórmula:

C = Q/ΔT

Onde,

C: capacidade térmica (cal/°C ou J/K)
Q: quantidade de calor (cal ou J)
ΔT: variação de temperatura (°C ou K)

Exemplo
Se um corpo recebeu 100 cal e sua temperatura variou 25 ºC, então sua capacidade térmica é 4 cal/º C pois

C = Q/ΔT
C = 100 cal / 25 ºC
C = 4 cal/ ºC

Isso significa que para variar 1 ºC de sua temperatura, o corpo precisa receber 4 cal.

A capacidade térmica e o calor específico estão relacionados através da fórmula:

c = C/m

Onde,

C: capacidade térmica (cal/°C ou J/K)
m: massa (g ou Kg)
c: calor específico (cal/g°C ou J/Kg.K)

Se no exemplo utilizado anteriormente o corpo apresenta uma massa de 10 gramas, então seu calor específico é 0,4 cal/g.ºC, pois

c = C/m
c = 4 cal/ºC / 10 g
c = 0,4 cal/g.ºC

Portanto, 1 grama da substância necessita de 0,4 cal para variar 1 ºC de sua temperatura.

Calor Latente e Calor Sensível

Além do calor específico, existem outras formas de calor, das quais se destacam:

Calor Latente (L): corresponde a quantidade de calor recebida ou cedida por um corpo. Nesse caso, sua temperatura permanece a mesma, enquanto seu estado físico se modifica.

No Sistema Internacional (SI), o calor latente é medido em J/Kg (Joule por quilograma), entretanto, pode ser medido em cal/g (caloria por grama). Ele é calculado pela seguinte fórmula:

Q = m . L

Onde,

Q: quantidade de calor (cal ou J)
m: massa (g ou Kg)
L: calor latente (cal/g ou J/Kg)

Obs: diferente do calor específico, o latente não depende da temperatura. Isso porque quando ocorre as mudanças de estado, a temperatura não varia. Por exemplo, um cubo de gelo derretendo, a temperatura da água em estado sólido e líquido é a mesma.

Calor Sensível: corresponde a variação de temperatura de um corpo, por exemplo, quando aquecemos uma barra de metal. Nessa experiência, a temperatura do metal aumenta, no entanto, seu estado físico (sólido) não se altera.

Ele é calculado pela seguinte fórmula:

Q = m . c . Δθ

Q: quantidade de calor sensível (cal ou J)
m: massa do corpo (g ou Kg)
c: calor específico da substância (cal/g°C ou J/Kg.°C)
Δθ: variação de temperatura (°C ou K)

Leia também sobre: Calorimetria

Exercícios sobre Calor Específico

Questão 1

(Mackenzie) Em uma manhã de céu azul, um banhista na praia observa que a areia está muito quente e a água do mar está muito fria. À noite, esse mesmo banhista observa que a areia da praia está fira e a água do mar está morna. O fenômeno observado deve-se ao fato de que:

a) a densidade da água do mar é menor que a da areia.
b) o calor específico da areia é menor que o calor específico da água.
c) o coeficiente de dilatação térmica da água é maior que o coeficiente de dilatação térmica da areia.
d) o calor contido na areia, à noite, propaga-se para a água do mar.
e) a agitação da água do mar retarda seu resfriamento.

Questão 2

(UFPR) Para aquecer 500 g de certa substância de 20 ºC para 70 ºC, foram necessárias 4 000 calorias. A capacidade térmica e o calor específico valem respectivamente:

a) 8 cal/ ºC e 0,08 cal/g .ºC
b) 80 cal/ ºC e 0,16 cal/g. ºC
c) 90 cal/ ºC e 0,09 cal/g. ºC
d) 95 cal/ ºC e 0,15 cal/g. ºC
e) 120 cal/ ºC e 0,12 cal/g. ºC

Questão 3

(UFU) 240 g de água (calor específico igual a 1 cal/g°C) são aquecidos pela absorção de 200 W de potência na forma de calor. Considerando 1 cal = 4 J, o intervalo de tempo necessário para essa quantidade de água variar sua temperatura em 50 °C será de?

a) 1 min
b) 3 min
c) 2 min
d) 4 min

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