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CAPACIDADE TÉRMICA

 

    Você já percebeu que perto do meio dia na beira da praia podemos observar que a areia está a uma temperatura mais alta que a água do mar? Vamos repetir esse experimento de forma controlada: coloque duas bacias iguais, uma com areia e outra com água, sob o sol da tarde. Depois de uma hora, use um termômetro e faça a medida da temperatura da água e da areia. Qual estará mais "quente"? Poderia dizer que é a areia. Mas por que isso ocorre se os dois materiais recebem quantidades iguais de energia proveniente do Sol?

    Quando um corpo recebe ou perde calor, pode ter sua temperatura aumentada ou diminuída ou, ainda, mudar seu estado de agregação das moléculas, passando do estado sólido para líquido, líquido para vapor, ou vice-versa. Consideremos inicialmente que a única conseqüência da troca de energia seja a variação de temperatura.

    A capacidade térmica de um corpo tem a ver com a quantidade de energia que este recebe e a variação de temperatura que esta causa no corpo. Suponhamos que um corpo receba ou perca uma quantidade de energia Q  sem alterar seu estado de agregação. Nesse caso, podemos observar que o corpo sofrerá uma variação de temperatura ΔT.

(1)

    Aqui nós supomos que a variação de temperatura seja constante de acordo com a quantidade recebida ou cedida pelo corpo em questão. Vale a pena ressaltar isso não é plenamente verdadeiro embora esta seja uma aproximação satisfatória. O valor da capacidade térmica sempre varia um pouco de acordo com a faixa de temperatura que estamos trabalhando mas, como essa variação geralmente é muito pequena, podemos desprezá-la no geral.

    Quanto às unidades podemos verificar pela própria equação que podem ser cal/ºC, J/K, kcal/ºC, dependendo das unidades em que são dadas a quantidade de energia e a temperatura.

     Algumas experiências mostram que, em corpos constituídos de um único material, a capacidade térmica é proporcional à massa do corpo:

      (2)

Essa proporção pode ser resolvida a partir da adição de uma constante:

     (3)

Essa constante c tem a ver com as características de cada material, isto é, para cada material temos um valor de c e essa constante é chamada calor específico do material. Se combinarmos as equações (1) e (3), temos que:

     (4)

ou ainda

     (5)

    Daqui podemos obter o significado físico da equação matemática. O calor específico é igual à quantidade de calor necessária para elevar em 1 unidade a temperatura de 1 unidade de massa de qualquer material.
 

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Referências
  • GASPAR, A. Física. São Paulo, v.2, Ática, 2002.

 

APRENDIZAGEM SIGNIFICATIVA DE TERMODINÂMICA
NO ENSINO MÉDIO ATRAVÉS DO ESTUDO
DE MÁQUINAS TÉRMICAS COMO TEMA MOTIVADOR

Desenvolvido por Daniel Schulz - UFRGS - 2009