O calor específico é a energia necessária para aumentar em 1 ° a temperatura de 1 grama de uma substância pura. O parâmetro depende da sua composição química e do estado de agregação: gasoso, líquido ou sólido. Após sua descoberta, teve início uma nova rodada no desenvolvimento da termodinâmica, a ciência dos processos de energia transitória, que se relacionam com o calor e o funcionamento do sistema.
Geralmente, calor específico e os fundamentos da termodinâmica são usados na fabricação radiadores e sistemas projetados para refrigerar carros, bem como em química, engenharia nuclear e aerodinâmica. Se você quiser saber como o calor específico é calculado, verifique o artigo proposto.
Fórmula
Antes de prosseguir com o cálculo direto do parâmetro, você deve se familiarizar com a fórmula e seus componentes.
A fórmula para calcular o calor específico é a seguinte:
- c = Q / (m * ∆T)
O conhecimento das quantidades e suas designações simbólicas usadas no cálculo é extremamente importante. Porém, é necessário não só conhecer sua aparência visual, mas também compreender claramente o significado de cada uma delas. O cálculo da capacidade térmica específica de uma substância é representado pelos seguintes componentes:
ΔT é um símbolo que significa uma mudança gradual na temperatura de uma substância. O caractere "Δ" é pronunciado delta.
ΔT pode ser calculado usando a fórmula:
ΔT = t2 - t1, onde
- t1 - temperatura primária;
- t2 é a temperatura final após a mudança.
m é a massa da substância usada para aquecimento (gr).
Q - quantidade de calor (J / J)
Com base em Tsr, outras equações podem ser derivadas:
- Q = m * cp * ΔT - quantidade de calor;
- m = Q / cr * (t2 - t1) - a massa da substância;
- t1 = t2– (Q / cp * m) - temperatura primária;
- t2 = t1 + (Q / cp * m) - temperatura final.
Definição e fórmula da quantidade de calor
A energia interna de um sistema termodinâmico pode ser alterada de duas maneiras:
- trabalhando no sistema,
- através da interação térmica.
A transferência de calor para o corpo não está associada à realização de trabalho macroscópico no corpo. Nesse caso, a mudança na energia interna é causada pelo fato de que moléculas individuais do corpo com uma temperatura mais alta estão fazendo trabalho em algumas moléculas do corpo, que têm uma temperatura mais baixa. Neste caso, a interação térmica é realizada devido à condutividade térmica. A transferência de energia também é possível por meio da radiação. O sistema de processos microscópicos (não relacionados a todo o corpo, mas a moléculas individuais) é chamado de transferência de calor. A quantidade de energia que é transferida de um corpo para outro como resultado da transferência de calor é determinada pela quantidade de calor que é transferida de um corpo para outro.
Definição
Cordialidade
é chamada de energia que é recebida (ou doada) pelo corpo no processo de troca de calor com os corpos circundantes (ambiente). O calor é indicado, geralmente pela letra Q.
Esta é uma das grandezas básicas da termodinâmica. O calor está incluído nas expressões matemáticas do primeiro e do segundo princípios da termodinâmica. Diz-se que o calor é energia na forma de movimento molecular.
O calor pode ser comunicado ao sistema (corpo) ou pode ser retirado dele. Acredita-se que, se o calor for transmitido ao sistema, ele será positivo.
Instruções para calcular o parâmetro
Calcular a partir de
a substância é bastante simples e para fazer isso, você precisa seguir estas etapas:
- Faça a fórmula de cálculo: Capacidade de calor = Q / (m * ∆T)
- Escreva os dados iniciais.
- Conecte-os à fórmula.
- Calcule e obtenha o resultado.
A título de exemplo, calculemos uma substância desconhecida de 480 gramas e com uma temperatura de 15ºC que, por aquecimento (35 mil J), aumentou para 250º.
De acordo com as instruções fornecidas acima, realizamos as seguintes ações:
Escrevemos os dados iniciais:
- Q = 35 mil J;
- m = 480 g;
- ΔT = t2 - t1 = 250–15 = 235 ºC.
Pegamos a fórmula, substituímos os valores e resolvemos:
c = Q / (m * ∆T) = 35 mil J / (480 g * 235º) = 35 mil J / (112800 g * º) = 0,31 J / g * º.
Quantidade de calor
A quantidade de calor é a energia que o corpo perde ou ganha durante a transferência de calor. Isso também fica claro pelo nome. Durante o resfriamento, o corpo perde uma certa quantidade de calor e, quando aquecido, o absorve. E as respostas às nossas perguntas nos mostraram de que depende a quantidade de calor? Primeiro, quanto maior a massa corporal, mais calor deve ser gasto para alterar sua temperatura em um grau. Em segundo lugar, a quantidade de calor necessária para aquecer um corpo depende da substância em que ele consiste, ou seja, do tipo de substância. E em terceiro lugar, a diferença nas temperaturas corporais antes e depois da transferência de calor também é importante para nossos cálculos. Com base no acima, podemos determinar a quantidade de calor pela fórmula:
Q = cm (t_2-t_1),
onde Q é a quantidade de calor, m é a massa do corpo, (t_2-t_1) é a diferença entre as temperaturas inicial e final do corpo, c é a capacidade térmica específica da substância, pode ser encontrada nas tabelas correspondentes .
Usando essa fórmula, você pode calcular a quantidade de calor necessária para aquecer qualquer corpo ou que esse corpo irá liberar quando esfriar.
A quantidade de calor é medida em joules (1 J), como qualquer tipo de energia. No entanto, esse valor foi introduzido não há muito tempo e as pessoas começaram a medir a quantidade de calor muito mais cedo. E eles usaram uma unidade que é muito usada em nosso tempo - uma caloria (1 cal). 1 caloria é a quantidade de calor necessária para aquecer 1 grama de água por 1 grau Celsius. Guiados por esses dados, quem gosta de contar as calorias dos alimentos ingeridos pode, a título de curiosidade, calcular quantos litros de água podem ser fervidos com a energia que consomem com a comida durante o dia.
Pagamento
Vamos fazer o cálculo PC
água e lata nas seguintes condições:
- m = 500 gramas;
- t1 = 24ºC e t2 = 80ºC - para água;
- t1 = 20ºC e t2 = 180ºC - para estanho;
- Q = 28 mil J.
Para começar, determinamos ΔT para água e estanho, respectivamente:
- ΔТв = t2 - t1 = 80–24 = 56ºC
- ΔТо = t2 - t1 = 180–20 = 160ºC
Então encontramos o calor específico:
- с = Q / (m * ΔТв) = 28 mil J / (500 g * 56ºC) = 28 mil J / (28 mil g * ºC) = 1 J / g * ºC.
- с = Q / (m * ΔTo) = 28 mil J / (500 g * 160ºC) = 28 mil J / (80 mil g * ºC) = 0,35 J / g * ºC.
Assim, o calor específico da água foi de 1 J / g * ºC e o do estanho de 0,35 J / g * ºC. Assim, podemos concluir que com igual valor do calor fornecido de 28 mil J, o estanho aquecerá mais rápido que a água, pois sua capacidade de calor é menor.
A capacidade de calor é possuída não apenas por gases, líquidos e sólidos, mas também por alimentos.
A fórmula para calcular o calor quando a temperatura muda
A quantidade elementar de calor será indicada como. Observe que o elemento de calor que o sistema recebe (desiste) com uma pequena mudança em seu estado não é um diferencial completo. A razão para isso é que o calor é uma função do processo de mudança de estado do sistema.
A quantidade elementar de calor que é transmitida ao sistema, e as mudanças de temperatura de T para T + dT, é igual a:
onde C é a capacidade térmica do corpo. Se o corpo em consideração for homogêneo, a fórmula (1) para a quantidade de calor pode ser representada como:
onde está o calor específico do corpo, m é a massa do corpo, é o calor molar, é a massa molar de uma substância e é o número de moles da substância.
Se o corpo for homogêneo e a capacidade térmica for considerada independente da temperatura, a quantidade de calor () que o corpo recebe com um aumento em sua temperatura em uma quantidade pode ser calculada como:
onde t2, t1 é a temperatura corporal antes e depois do aquecimento.Observe que as temperaturas ao encontrar a diferença () nos cálculos podem ser substituídas em Celsius e Kelvin.
Como calcular a capacidade térmica dos alimentos
Ao calcular a capacidade de potência a equação assume a seguinte forma:
c = (4,180 * w) + (1,711 * p) + (1,928 * f) + (1,547 * c) + (0,908 * a), onde:
- w é a quantidade de água no produto;
- p é a quantidade de proteínas no produto;
- f é a porcentagem de gordura;
- c é a porcentagem de carboidratos;
- a é a porcentagem de componentes inorgânicos.
Determine a capacidade de calor do queijo cremoso processado Viola... Para fazer isso, escrevemos os valores necessários da composição do produto (peso 140 gramas):
- água - 35 g;
- proteínas - 12,9 g;
- gorduras - 25,8 g;
- carboidratos - 6,96 g;
- componentes inorgânicos - 21 g.
Então encontramos com:
- c = (4,180 * w) + (1,711 * p) + (1,928 * f) + (1,547 * c) + (0,908 * a) = (4,180 * 35) + (1,711 * 12,9) + (1,928 * 25, 8 ) + (1,547 * 6,96) + (0,908 * 21) = 146,3 + 22,1 + 49,7 + 10,8 + 19,1 = 248 kJ / kg * ºC.
O que determina a quantidade de calor
A energia interna do corpo muda durante o trabalho ou transferência de calor. Com o fenômeno da transferência de calor, a energia interna é transferida por condução de calor, convecção ou radiação.
Cada corpo, quando aquecido ou resfriado (durante a transferência de calor), recebe ou perde alguma quantidade de energia. Com base nisso, costuma-se chamar essa quantidade de energia de quantidade de calor.
Então, a quantidade de calor é a energia que o corpo dá ou recebe no processo de transferência de calor.
Quanto calor é necessário para aquecer a água? Usando um exemplo simples, você pode entender que diferentes quantidades de calor são necessárias para aquecer diferentes quantidades de água. Digamos que tomemos dois tubos de ensaio com 1 litro de água e 2 litros de água. Nesse caso, é necessário mais calor? No segundo, onde há 2 litros de água no tubo de ensaio. O segundo tubo demorará mais para aquecer se o aquecermos com a mesma fonte de fogo.
Assim, a quantidade de calor depende do peso corporal. Quanto maior a massa, mais calor é necessário para o aquecimento e, consequentemente, o corpo precisa de mais tempo para esfriar.
De que mais depende a quantidade de calor? Naturalmente, pela diferença de temperatura entre os corpos. Mas isso não é tudo. Afinal, se tentarmos aquecer água ou leite, precisaremos de um período de tempo diferente. Ou seja, verifica-se que a quantidade de calor depende da substância de que o corpo é composto.
Como resultado, verifica-se que a quantidade de calor necessária para o aquecimento ou a quantidade de calor liberada quando o corpo esfria depende de sua massa, das mudanças de temperatura e do tipo de substância que o compõe.
Dicas úteis
Sempre lembrar que:
- o processo de aquecimento do metal é mais rápido que o da água, uma vez que tem PC
2,5 vezes menos; - se possível, converta os resultados para uma ordem superior, se as condições permitirem;
- para verificar os resultados, pode utilizar a Internet e consultar a substância calculada;
- nas mesmas condições experimentais, mudanças de temperatura mais significativas serão observadas para materiais com baixo calor específico.
Fórmula para a quantidade de calor durante as transições de fase
A transição de uma fase de uma substância para outra é acompanhada pela absorção ou liberação de uma certa quantidade de calor, que é chamada de calor de transição de fase.
Assim, para transferir um elemento da matéria do estado sólido para o líquido, deve-se informar a quantidade de calor () igual a:
onde é o calor específico de fusão, dm é o elemento de massa corporal. Deve-se levar em conta que o corpo deve ter uma temperatura igual à temperatura de fusão da substância em consideração. Durante a cristalização, o calor é liberado igual a (4).
A quantidade de calor (calor de vaporização) necessária para converter um líquido em vapor pode ser encontrada como:
onde r é o calor específico de vaporização. Quando o vapor se condensa, o calor é liberado. O calor de vaporização é igual ao calor de condensação de massas iguais de matéria.
Como calcular a quantidade de calor para aquecer o corpo
Por exemplo, é necessário calcular a quantidade de calor que precisa ser gasta para aquecer 3 kg de água de uma temperatura de 15 ° C a uma temperatura de 85 ° C. Conhecemos o calor específico da água, ou seja, a quantidade de energia necessária para aquecer 1 kg de água em 1 grau. Ou seja, para descobrir a quantidade de calor em nosso caso, você precisa multiplicar a capacidade de calor específica da água por 3 e pelo número de graus pelos quais você precisa aumentar a temperatura da água. Portanto, isso é 4.200 * 3 * (85-15) = 882.000.
Entre parênteses, calculamos o número exato de graus, subtraindo o inicial
Portanto, para aquecer 3 kg de água de 15 a 85 ° C, precisamos de 882.000 Joules de calor.
A quantidade de calor é indicada pela letra Q, a fórmula para calculá-la é a seguinte:
Q = c * m * (t2-t1).
O que é calor específico
Cada substância na natureza tem suas próprias propriedades, e o aquecimento de cada substância individual requer uma quantidade diferente de energia, ou seja, a quantidade de calor.
Calor específico de uma substância É um valor igual à quantidade de calor que precisa ser transferida para um corpo com massa de 1 quilograma para aquecê-lo a uma temperatura de 1 0C
O calor específico é denotado pela letra c e tem um valor de medição de J / kg *
Por exemplo, a capacidade de calor específica da água é 4200 J / kg * 0C. Ou seja, esta é a quantidade de calor que precisa ser transferida para 1 kg de água para aquecê-la em 1 0C
Deve ser lembrado que a capacidade térmica específica de substâncias em diferentes estados de agregação é diferente. Ou seja, uma quantidade diferente de calor é necessária para aquecer o gelo em 1 ° C.
