p>Capacidade de calor molar é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1 mol de uma substância por 1 unidade & é calculada dividindo a capacidade de calor pelo número total de toupeiras.
Div>Dev>Dev>Por que razão não nos queimamos enquanto usamos uma frigideira?
Obviamente, é o cabo que nos protege, mas por que razão não fica tão quente como a própria frigideira? Afinal, está a ser exposta à mesma quantidade de calor.
Bem, para começar, o cabo da frigideira é tipicamente feito de plástico, o que significa que é um mau condutor de calor. Além disso, dada a mesma quantidade de exposição ao calor, o aumento da temperatura da pega de plástico é muito inferior à da porção metálica. Isto é atribuído à elevada capacidade térmica da pega, em comparação com o metal do qual a panela é feita.
A capacidade térmica é definida como a quantidade de energia térmica necessária para elevar a temperatura de uma dada massa de uma substância por uma unidade. A capacidade térmica específica e a capacidade térmica molar são propriedades derivadas da capacidade térmica de um material.
Devido à alta capacidade térmica do cabo, não fica tão quente como a própria panela (Crédito Fotográfico : Kzenon/).
Calor Específico & Calor Específico Molar
A capacidade calorífica é uma propriedade extensa, ou seja depende da quantidade e do tamanho da substância. Na física, uma forma modificada de capacidade térmica (chamada capacidade térmica específica ou simplesmente calor específico) é normalmente utilizada. O calor específico não varia com a quantidade da substância e é portanto uma propriedade mais útil.
Calor específico é definido como a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de uma unidade de massa da substância em 1 unidade de temperatura. Matematicamente, é a capacidade de calor de uma substância dividida pela sua massa. A fórmula para calor específico é:
Aqui, c é o calor específico e tem unidades J/kg.K, C é a capacidade térmica de uma substância em J/K, e m é a massa da substância em quilogramas. Outra fórmula muito importante utilizada para expressar calor específico é:
Aqui, c representa novamente calor específico, ΔQ é a diferença de energia térmica em joules, m é a massa da substância e ΔT é a diferença de temperatura em Kelvin.
Em química – onde a quantidade de uma substância é geralmente medida em moles, e não em gramas – a modificação da definição e fórmula da capacidade térmica para incluir moles torna as coisas muito mais fáceis.
Capacidade térmica solar é definida como a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de 1 molar de uma substância em 1 Kelvin . como calor específico, a capacidade térmica molar é uma propriedade intensiva, ou seja não varia com a quantidade de substância.
Matematicamente, é a capacidade calorífica de uma substância dividida pelo número de toupeiras e é expressa como:
Aqui, cm é a capacidade de calor molar (J/K.mol), C é a capacidade de calor (J/K), e n é o número de moles (mol).
Calor específico e capacidade térmica molar não pode variar com a quantidade ou tamanho da substância, mas os seus valores flutuam com base no método de determinação.
Quando a energia térmica é fornecida a uma substância, particularmente aos gases, o aumento da temperatura é acompanhado por um aumento do volume ou da pressão, e por vezes de ambos. Estes fenómenos são explicados pela lei de Charles e pela lei de Gay-Lussac.
CP,m & CV,m são frequentemente utilizados para representar capacidades de calor molares medidas a pressão constante (isobárica) e volume constante (isocórica), respectivamente.
O valor do calor específico molar a pressão constante é sempre maior do que o medido a volume constante. Isto porque o calor fornecido a pressão constante é utilizado para produzir trabalho e também expandir em volume, enquanto que o calor fornecido a volume constante é inteiramente utilizado para aumentar a temperatura da substância.
A razão de CP e CV é chamada a razão de capacidade térmica ou índice adiabático (γ = CP/CV), e é um termo importante quando se trabalha com processos reversíveis em termodinâmica. Por outro lado, a diferença entre CP,m & CV, m é igual à constante universal de gás R. A expressão CP,m – CV, m = R é chamada de relação de Mayer.
Como calcular a capacidade térmica molar de uma substância?
De modo a encontrar a capacidade térmica de uma substância, e subsequentemente, o seu calor específico e capacidade térmica molar, não é exactamente uma ciência de foguetes. Os valores podem ser calculados simplesmente decompondo as suas definições, encontrando quantidades individuais (quantidade de calor fornecida ou removida, temperatura inicial, temperatura final, massa e número de moles da substância) e substituindo estes valores nos seus respectivos lugares nas fórmulas.
Passo 1: Encontrar a capacidade térmica
Como já definido, capacidade térmica é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de uma quantidade conhecida da substância por uma unidade. A definição é expressa como:
Aqui, C é a capacidade calorífica, Q representa a energia térmica, e ΔT é a diferença de temperatura. ΔQ pode também substituir Q.
ΔT é T1-T2, onde T1 é a temperatura inicial e T2 é a temperatura final da substância. Comece por anotar a temperatura inicial/de arranque T1 utilizando um termómetro. Além disso, pesar a amostra (m) e anotar o valor em kg para uso posterior.
Next, fornecer uma quantidade conhecida de energia térmica (Q) ao sistema. A quantidade de energia calorífica pode ser anotada em joules ou calorias. Uma vez terminado o fornecimento de calor, esperar que a temperatura estabilize e anotar a temperatura final como T2.
Converter o valor da temperatura para Kelvin adicionando o número 273,15 ao valor Celsius (0°c = 273,15 K). Se o valor da energia térmica fornecida estiver disponível em calorias, converta-o em joules. Multiplicar a quantidade de energia térmica em calorias por 4,184 para obter a quantidade em joules (1 cal = 4,184 joules).
Finalmente, substituir os valores de Q, T1, e T2 na fórmula da capacidade calorífica. Pegue numa calculadora ou utilize o seu cérebro para efectuar os cálculos e obter a capacidade calorífica da amostra. As unidades de capacidade térmica são J/K.
Passo 2: Encontrar capacidade térmica específica ou calor específico
Capacidade térmica específica ou calor específico pode ser facilmente encontrada dividindo a capacidade térmica da amostra pela sua massa (c = C/m). Vá em frente e divida o valor de C encontrado no passo anterior pelo valor de m, também notado no passo anterior, para obter o calor específico da amostra. A quantidade resultante terá as unidades J/kg.K
Passo 3: Determinação da capacidade de calor molar
Se voltar a rolar para cima e olhar para a fórmula da capacidade de calor molar (cm= C/n), encontrará o termo ‘n’, que representa o número de toupeiras da amostra. Para encontrar o número de toupeiras, divida a quantidade da amostra pela sua massa molar.
Agora que encontrou n, substituir o valor da capacidade térmica (C) e o número de toupeiras (n) na fórmula e calcular a capacidade térmica molar.
Outro método para determinar a capacidade de calor molar é multiplicando o calor específico (c) da amostra pela sua massa molar (M). Ao fazer isto, certifique-se de converter a massa molar em kg/mol.
Método Alternativo – Usando um calorímetro
Outro método para determinar o calor específico de uma substância é usando um calorímetro. Um calorímetro é um aparelho científico composto das seguintes partes: um recipiente interior e exterior, agitador, termómetro, material isolante, etc. O recipiente interno ou copo contém o material da amostra cujo calor específico deve ser determinado. É colocado no centro do recipiente exterior, que é enchido com água. O procedimento começa com a observação da massa e temperaturas iniciais tanto da água como da substância da amostra.
O calorímetro é utilizado para medir o fluxo de calor numa reacção; a esta técnica chama-se calorimetria. (Crédito Fotográfico : Fouad A. Saad/)
A amostra é então aquecida utilizando fios de ignição. medida que a temperatura da amostra sobe acima da temperatura da água exterior, começa a transferência de calor entre os dois. Após algum tempo, o fluxo eléctrico é desligado e as temperaturas finais da água e da amostra são medidas. A energia térmica perdida pelo material da amostra será igual ao calor ganho pela água no recipiente exterior. Fazemos agora uso da fórmula ΔQ = mcΔT.
Para a amostra, ΔQs= (mcΔT)s, e para a água, ΔQw=(mcΔT)w.
mas ΔQs = ΔQw. Assim, (mcΔT)s = (mcΔT)w.
Substituir os valores para a massa da amostra e da água (ms e mw, respectivamente), a mudança de temperatura (ΔTs = T1s-T2s e ΔTw = T1w-T2w) e o calor específico da água (cw) como 4,1796 kJ/kg.K para determinar o calor específico da amostra (cs). Uma vez encontrado o calor específico da substância, multiplicando-o pela sua massa molar, fornecer-lhe-á a capacidade de calor molar da substância.
Aplicações da capacidade de calor
A capacidade de calor de uma substância determina onde e quando ela pode ser empregada. Por exemplo, os cabos e as pegas dos utensílios são fabricados com materiais de alta capacidade térmica para a segurança dos utilizadores. Os termómetros, por outro lado, são fabricados a partir de materiais com baixa capacidade térmica específica para que possam detectar mesmo as menores flutuações de temperatura.
Outro exemplo disto é a utilização de água nos sistemas de arrefecimento dos motores. A água tem a maior capacidade térmica específica entre todos os líquidos. Para a mesma quantidade de calor, o aumento da temperatura da água é muito pequeno, tornando-a uma escolha ideal para um líquido/agente de arrefecimento.
O fenómeno da água do mar permanecer mais fria do que o ar e a areia circundantes num dia quente de Verão, apesar de estar exposta à mesma quantidade de calor do sol, também pode ser explicado utilizando o conceito de capacidade de calor. A elevada capacidade de calor da água é responsável por muitas ocorrências naturais, incluindo o clima da Terra e a sobrevivência da vida aquática!