A capacidade térmica (também conhecida como capacidade térmica) é uma propriedade que indica a quantidade total de calor que uma substância ou sistema pode absorver ou liberar quando sua temperatura muda. Representa a capacidade de um objeto ou sistema de armazenar energia térmica.
É uma termodinâmica extensa, o que significa que seu valor depende da quantidade de matéria. Além disso, seu valor depende de outras propriedades, como a massa do objeto ou sistema, sua composição química, sua estrutura e sua capacidade de armazenar energia térmica.
Definição, O que é capacidade térmica?
A definição de capacidade térmica pode ser definida como a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de um objeto ou sistema em uma unidade de temperatura (geralmente graus Celsius ou Kelvin).
Unidades
É expressa em unidades de energia por grau Celsius ou Kelvin, ou seja, como joules por grau Celsius (J/°C) ou joules por Kelvin (J/K).
Tipos de capacidades de calor
Existem vários tipos de capacidades de calor que são usados para descrever como a capacidade de um objeto ou substância de armazenar calor varia sob diferentes condições. Os tipos mais comuns de capacidades térmicas são:
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Capacidade térmica a volume constante (Cv): É a capacidade térmica de um objeto ou substância quando o volume é mantido constante durante o processo de transferência de calor. Nesse caso, não há trabalho realizado pelo objeto ou substância e toda a energia transferida é convertida em variações de energia interna. Cv é usado para descrever como a temperatura de um sistema varia a volume constante.
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Capacidade térmica a pressão constante (Cp): É a capacidade térmica de um objeto ou substância quando a pressão é mantida constante durante o processo de transferência de calor. Nesse caso, o objeto ou substância pode realizar trabalho, como expandir ou comprimir o sistema, bem como absorver ou liberar calor. Cp é usado para descrever como a temperatura de um sistema muda a pressão constante.
Fórmula da capacidade térmica
A fórmula geral para calcular a capacidade térmica (C) de um objeto ou sistema pode ser expressa da seguinte forma:
C = Q / ΔT
Onde:
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C é a capacidade térmica.
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Q é a quantidade de calor transferida ou absorvida pelo objeto ou sistema.
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ΔT é a mudança de temperatura experimentada pelo objeto ou sistema.
É importante levar em consideração que a capacidade calorífica pode variar dependendo se o processo é realizado a volume constante (Cv) ou a pressão constante (Cp).
Fórmula da capacidade térmica molar
Além disso, em alguns casos, é usada a capacidade térmica molar (Cm), que representa a capacidade térmica por mol de substância.
A fórmula geral para a capacidade térmica molar é expressa da seguinte forma:
Cm = C/n
Onde:
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Cm é a capacidade calorífica molar.
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C é a capacidade térmica.
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n é o número de moles da substância.
Importância da capacidade térmica: uso e aplicações
Esta propriedade é usada em várias aplicações práticas. aqui estão alguns exemplos:
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Projeto e otimização de sistemas de transferência de calor: é essencial projetar e otimizar trocadores de calor, caldeiras, condicionadores de ar e outros sistemas de refrigeração.
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Previsão de mudanças de temperatura e equilíbrio térmico: Esta propriedade nos permite prever como a temperatura de um objeto ou sistema mudará quando o calor for adicionado ou removido dele.
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Estudo dos processos de aquecimento e resfriamento: Em processos industriais, químicos e físicos, é essencial entender como os materiais e substâncias são aquecidos ou resfriados em determinadas condições.
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Caracterização das propriedades dos materiais: A capacidade térmica pode ser usada para caracterizar as propriedades térmicas de diferentes materiais, como metais, líquidos, gases e sólidos.
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Estudo das reações químicas: No campo da química, também é importante entender e controlar as reações químicas, pois permite calcular a quantidade de calor liberado ou absorvido durante a reação.
Exemplos de capacidades térmicas
Aqui está uma tabela que mostra exemplos da capacidade de calor de diferentes materiais e substâncias a pressão constante.
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Substância |
Capacidade térmica (J/g°C) |
Descrição |
|
Água |
4.18 |
A água tem uma elevada capacidade térmica e é essencial para a regulação térmica da Terra. |
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Alumínio |
0,90 |
O alumínio é um metal leve comumente usado em aplicações industriais. |
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Ferro |
0,45 |
O ferro é um metal frequentemente utilizado na fabricação de estruturas e máquinas. |
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Ar |
1,00 |
O ar seco é uma mistura de diferentes gases presentes na atmosfera. |
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Liderar |
0,13 |
O chumbo é um metal pesado usado em várias aplicações industriais e baterias. |
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Etanol |
2.44 |
O etanol é um álcool comum e é usado como combustível e solvente. |