Calor específico
O calor específico (s) é um tipo particular de capacidade térmica. O calor específico é a propriedade termodinâmica, que declara a quantidade de calor necessária para que uma única unidade de massa de uma substância seja elevada em um grau de temperatura. Variações de valores de calor específicos são observadas para substâncias dependendo da extensão em que elas absorvem calor. O termo capacidade térmica pode ser enganoso, pois calor q é o termo dado à adição ou remoção de energia, através de uma barreira a uma substância ou sistema, como resultado do aumento ou diminuição da temperatura, respectivamente. As mudanças de temperatura são realmente mudanças na energia. Portanto, o calor específico e outras formas de capacidade de calor são medidas mais precisas da capacidade de uma substância de absorver energia à medida que a temperatura da substância aumenta.
Unidades
As unidades são muito importantes para expressar qualquer propriedade termodinâmica; o mesmo se aplica ao calor específico. A energia na forma de calor é expressa em Joules (J) ou kilojoules (kJ), que são as unidades mais comuns associadas à energia. Uma unidade de massa é medida em gramas ou quilogramas no que diz respeito ao calor específico. Por um grama é a forma padrão usada em tabelas de valores de calor específicos, mas referências usando um quilograma são às vezes vistas. Um grau de temperatura é medido tanto na escala Celsius ou Kelvin, mas geralmente Celsius. As unidades mais comumente associadas então para calor específico são J/(g-°C).
Fatores que determinam o calor específico
Temperatura e pressão
Dois fatores que mudam o calor específico de um material são a pressão e a temperatura. O calor específico é definido a uma pressão padrão, constante (geralmente pressão atmosférica) para materiais e é geralmente reportado a 25 °C (298,15 K). Uma temperatura padrão é usada porque o calor específico tem dependência da temperatura e pode mudar em diferentes valores de temperatura. O calor específico é referido como uma propriedade intensiva (en:Intensive and extensive properties intensive property.) Enquanto a temperatura e a pressão estiverem nos valores padrão referenciados e nenhuma mudança de fase ocorrer, o valor para o calor específico de qualquer material permanece constante, independentemente da massa do material presente.
Graus energéticos de liberdade
Um grande fator na magnitude do calor específico de um material reside no nível molecular do en:graus de liberdade energética (física e química) graus de liberação disponíveis para o material na fase (sólido, líquido ou gás) na qual ele é encontrado. Os graus de liberdade energéticos são de quatro tipos: tradução, rotação, vibração e eletrônica. Uma quantidade mínima de energia é necessária para atingir cada grau de liberdade. Portanto, a quantidade de energia que pode ser armazenada em uma substância depende do tipo e do número dos graus de liberdade energética que contribuem para a substância a uma determinada temperatura. Os líquidos geralmente têm mais modos de energia baixa e graus de liberdade mais energéticos do que os sólidos e a maioria dos gases. Esta gama mais ampla de possibilidades dentro dos graus de liberdade tipicamente gera maiores calores específicos para substâncias líquidas do que para sólidos ou gases. Esta tendência pode ser vista na tabela de capacidades de calor específicas e comparando água líquida com água sólida (gelo), cobre, estanho, oxigênio e grafite.
Utilização
O calor específico é utilizado para calcular a quantidade de calor absorvido quando a energia é adicionada a um material ou substância através de um aumento da temperatura em uma faixa definida. O cálculo da quantidade de calor ou energia adicionada a um material é um processo relativamente fácil, desde que as temperaturas inicial e final do material sejam registradas, a massa do material seja informada e o calor específico seja conhecido. O calor específico, a massa do material e a escala de temperatura devem estar todos nas mesmas unidades, a fim de realizar o cálculo preciso para o calor.
A equação para o cálculo do calor (q) é a seguinte:
Q = s × m × ΔT
Na equação, s é o calor específico em (J/g-°C). m é a massa da substância em gramas. ΔT refere-se à mudança de temperatura (°C) observada na substância. A convenção é subtrair a temperatura inicial do material da temperatura final após o aquecimento, portanto ΔT é TFinal-TInitial na equação. A substituição de todos os valores na equação e a multiplicação através de cancela as unidades de massa e temperatura, deixando as unidades apropriadas de Joules para o calor. Cálculos como este são úteis em en:Calorimetria Calorimétrica
