Na linguagem cotidiana, as pessoas usam os termos calor e temperatura alternadamente. No entanto, no campo da termodinâmica e da física de forma mais ampla, os dois termos têm significados muito diferentes. Se você está tentando calcular quanto calor é absorvido por algo quando você aumenta sua temperatura, você precisa entender a diferença entre os dois e como calcular um do outro. Você pode fazer isso facilmente: basta multiplicar a capacidade de calor da substância que você está aquecendo pela massa da substância e a mudança na temperatura para encontrar o calor absorvido.
TL; DR (muito longo; Não li)
Calcule a absorção de calor usando a fórmula:
Q = mc∆T
Q significa o calor absorvido, m é a massa da substância absorvendo calor, c é a capacidade de calor específica e ∆Té a mudança de temperatura.
A Primeira Lei da Termodinâmica e Calor
A primeira lei da termodinâmica afirma que a mudança na energia interna de uma substância é a soma do calor transferido para ela e o trabalho realizado nela (ou o calor transferido para ela
O calor é outra forma de transferência de energia, mas ocorre quando dois objetos estão em temperaturas diferentes um do outro. Se você colocar água fria em uma panela e ligar o fogão, as chamas aquecem a panela e a panela quente aquece a água. Isso aumenta a temperatura da água e lhe dá energia. A segunda lei da termodinâmica determina que o calor flui apenas de objetos mais quentes para os mais frios, e não o contrário.
Capacidade de calor específica explicada
A chave para resolver o problema do cálculo da absorção de calor é o conceito de capacidade de calor específica. Diferentes substâncias precisam de diferentes quantidades de energia para serem transferidas a elas para aumentar a temperatura, e a capacidade de calor específica da substância diz quanto isso é. Esta é uma quantidade dada o símbolo c e medido em joules / kg grau Celsius. Em suma, a capacidade de calor informa quanta energia térmica (em joules) é necessária para elevar a temperatura de 1 kg de um material em 1 grau C. A capacidade térmica específica da água é 4.181 J / kg grau C, e a capacidade térmica específica do chumbo é 128 J / kg grau C. Isso mostra rapidamente que é preciso menos energia para aumentar a temperatura do chumbo do que da água.
Calculando a Absorção de Calor
Você pode usar as informações nas duas últimas seções junto com uma fórmula simples para calcular a absorção de calor em uma situação específica. Tudo que você precisa saber é a substância que está sendo aquecida, a mudança de temperatura e a massa da substância. A equação é:
Q = mc∆T
Aqui, Q significa calor (o que você quer saber), m significa massa, c significa a capacidade de calor específica e ∆Té a mudança de temperatura. Você pode encontrar a mudança na temperatura subtraindo a temperatura inicial da temperatura final.
Como exemplo, imagine aumentar a temperatura de 2 kg de água de 10 graus C para 50 graus C. A mudança na temperatura é ∆T= (50 - 10) graus C = 40 graus C. Na última seção, a capacidade térmica específica da água é 4.181 J / kg grau C, então a equação dá:
Q = 2 kg × 4181 J / kg grau C × 40 graus C
= 334.480 J = 334,5 kJ
Portanto, são necessários cerca de 334,5 mil joules (kJ) de calor para elevar a temperatura de 2 kg de água em 40 graus C.
Dicas sobre unidades alternativas
Às vezes, capacidades de calor específicas são fornecidas em unidades diferentes. Por exemplo, pode ser cotado em joules / grama graus C, calorias / grama graus C ou joules / mol graus C. Uma caloria é uma unidade alternativa de energia (1 caloria = 4,184 joules), gramas são 1/1000 de um quilograma e um mole (abreviado para mol) é uma unidade usada em química. Contanto que você use unidades consistentes, a fórmula acima será válida.
Por exemplo, se o calor específico é dado em joules / grama grau C, cite a massa da substância em gramas também, ou alternativamente, converta a capacidade de calor específica em quilogramas, multiplicando-a por 1,000. Se a capacidade de calor for dada em joules / mol grau C, é mais fácil citar a massa da substância em moles também. Se a capacidade de calor for dada em calorias / kg grau C, seu resultado será em calorias de calor em vez de joules, que você pode converter depois se precisar da resposta em joules.
Se você encontrar Kelvin como uma unidade de temperatura (símbolo K), para mudanças na temperatura isso é exatamente o mesmo que Celsius, então você realmente não precisa fazer nada.