Embora a temperatura destas centelhas ultrapasse 2.000 oC

CELSIUS, TEMPERATURA E CALOR – PARTE 2
CONTEÚDO
 Calor
 Capacidade térmica
 Calor específico
AMPLIANDO SEUS CONHECIMENTOS
No capítulo anterior deste material didático refletimos sobre o conceito de temperatura e
sugerimos que você pesquisasse sobre as diferenças e semelhanças entre calor e
temperatura. Possivelmente nessas pesquisas apareceram as expressões quente e frio.
Lembre-se de que calor e temperatura são conceitos que possuem uma relação
bastante intrínseca e, no cotidiano, muitas vezes trocamos um pelo outro. Isso não
significa que, na Física, calor e temperatura tenham o mesmo significado.
Sabemos que a temperatura de um corpo está relacionada com o grau de agitação dos
átomos de um corpo. Já o calor é uma forma de energia, transferida de um corpo
para o outro. A transferência de energia ocorre porque existirá uma diferença de
temperatura entre os corpos. A unidade de medida de calor, mais comumente usada,
é a caloria (cal).
Embora a temperatura
destas
centelhas
ultrapasse 2.000 oC, o
calor
que
elas
transmitem
quando
encostam na pele é
muito pequeno – o que
ilustra o fato de que
temperatura e calor
são
conceitos
diferentes.
Figura
1 – Centelhas produzidas em um esmeril
Fonte: Trilllogic Innoventions
Nos estudos associados ao tema Calor, dois assuntos merecem destaque: os conceitos
de capacidade térmica (C) e calor específico (c). Apesar de suas definições serem
bastante parecidas, eles possuem significados profundos e diferenciados.
Capacidade térmica
Associado à característica que os corpos possuem de absorver calor está a grandeza
denominada capacidade térmica.
Capacidade térmica (C) é a quantidade de calor necessária para variar em 1 ºC, a
temperatura de um corpo.
Utiliza-se geralmente duas expressões para o cálculo da capacidade térmica.
C = m.c
Capacidade térmica
Massa
Calor específico
Ou
Capacidade térmica
Quantidade de calor
C=Q

Variação da temperatura
A unidade de medida da capacidade térmica é a cal/ºC (ou J/ºC no SI). Ao fazermos
referência a objetos, como uma panela de metal ou um copo de vidro, dentre outros, é
importante destacar a importância do conceito de capacidade térmica, pois, como
podemos observar, em uma das expressões, a massa do objeto também é importante
para o cálculo desta grandeza.
Imaginemos, por exemplo, que dois corpos A e B inicialmente a uma temperatura de
25oC, recebam uma mesma quantidade de calor (500 cal). Uma pessoa resolveu medir
a temperatura desses corpos após determinado tempo e descobre que suas
temperaturas são agora de 95 oC para o corpo A e de 58 oC para o corpo B.
Determinando a capacidade térmica para os corpos A e B, teremos:
Corpo A
Corpo B
C = Q

Q = 500 cal
t = 95 oC – 25 oC = 70 oC
C = 500 cal
70 oC
C = 7,1 cal/oC
C = Q

Q = 500 cal
t = 58 oC – 25 oC = 33 oC
C = 500 cal
33 oC
C = 15,1cal/ oC
Esse valor indica que, para elevar a Esse valor indica que, para elevar a
temperatura do corpo A de 1ºC, é temperatura do corpo B de 1oC, é
necessário fornecer ao corpo 7,1cal.
necessário fornecer ao corpo uma
quantidade de calor de 15,1cal.
Olhando os exemplos, qual dos dois corpos precisa de mais calor para elevar sua
temperatura de 1 ºC?
Se você escolheu o corpo B, acertou! Ou seja, a capacidade térmica dele é maior.
Calor específico
Na Física o calor específico está associado com a seguinte definição:
Calor específico é quantidade de calor necessária para elevar em 1 grau
Celsius a temperatura de 1 grama de uma substância.
O conceito de calor específico refere-se a uma porção do corpo (1 grama). Observe a tabela
abaixo na qual foram colocados os calores específicos de algumas substâncias:
Substância
Água
Alumínio
Chumbo
Ferro
Mercúrio
Prata
Calor específico (cal/goC)
1,00
0,22
0,031
0,11
0,033
0,056
Compare os valores e responda à seguinte questão:
Que relação poderia existir entre esses valores e a utilização do mercúrio em
termômetros e da água para a refrigeração de motores de automóveis?
Na tabela podemos observar que:
cágua = 1,00 cal/goC e cmercúrio = 0,033 cal/goC
Pela definição de calor específico, devemos fornecer (ou ceder) 1 cal para aumentar
em 1oC a temperatura de 1 g de água e fornecer (ou ceder) 0,033 cal para aumentar
em 1 oC a temperatura de 1 g de mercúrio.
Em qual das duas situações o corpo precisa receber (ou ceder) menos calor para
aumentar em 1 oC sua temperatura?
O calor específico da água é igual a 1,0 cal/gºC (lê-se: uma caloria por grama grau
Celsius). Isso significa que é necessário fornecer uma quantidade de calor de 1,0 cal
para que se eleve em 1 ºC esse 1 grama de água. Sendo assim, quanto menor o calor
específico de uma substância, mais facilmente ela pode sofrer variações em sua
temperatura, que é o caso do mercúrio, por exemplo.
Durante o dia, a temperatura no deserto é muito elevada e, durante a noite, sofre uma
grande redução. Isto ocorre em virtude do pequeno calor específico da área.
Quanto maior o calor específico de uma substância, menos ele se aquece ao receber
certa quantidade de calor. A água é uma das substâncias com calor específico de
valor mais elevado. Por essa razão, certa massa de água (lago, rio, piscina etc), ao
receber calor do Sol, sofre pequenas variações em sua temperatura, em comparação
com outros objetos situados em sua vizinhança. Ainda pelo mesmo motivo, quando o
Sol se põe, isto é, quando a água e os outros objetos liberarem calor para o ambiente,
o resfriamento da água é muito mais lento que o daqueles objetos. Assim, é fácil
entender porque é tão agradável mergulhar na água em um dia muito quente.
Por outro lado, como a areia tem um calor específico de valor pouco elevado, ela se
aquece e se resfria com facilidade. Por isso, nos desertos, embora os dias sejam
excessivamente quentes, as noites costumam apresentar temperaturas muito baixas.
ALVARENGA, B. Curso de Física – volume 2. São Paulo: Scipione, 2010.
Uma equação importante
Na determinação da quantidade de calor cedido ou retirado de um corpo quando ocorre
variação em sua temperatura utiliza-se a expressão
Q = m.c. 
Onde:
Q é a quantidade de calor que o corpo recebeu (ou perdeu).
m é a massa,
c é o calor específico
Δ é a variação da temperatura
Atenção: Observe que para a grandeza Q (quantidade de calor) ser expressa em cal
(calorias) é necessário que a temperatura t esteja expressa em oC (graus Celsius), o
calor específico c em cal/goC (calorias por grama graus Celsius) e a massa m em g
(gramas).
Observe a figura 2 onde temos três líquidos com a mesma quantidade de massa que
inicialmente estavam a uma mesma temperatura. Ao receberem a mesma quantidade
de calor sofreram variação de temperatura diferente.
Figura 2. Líquidos recebendo a mesma quantidade de calor
Fonte: Fundação Bradesco
Acompanhe no exemplo a seguir, a utilização desta expressão para resolver a situação
proposta.
Um bloco de 2 kg de ferro inicialmente à temperatura ambiente (20 °C) recebe calor até
atingir a temperatura de 400 °C. Determine:
a) Qual a quantidade de calor que o bloco de ferro recebeu para chegar a 400 °C?
b) A quantidade de calor que o bloco de ferro deve ceder ao meio ambiente para que
sua temperatura e chegue a 0 oC.
Resolução
a) A quantidade de calor (Q) é determinada a partir da expressão Q = m.c.Δ, onde
m = 1 kg, mas lembre-se, conforme comentado anteriormente que para a quantidade de
calor ser expressa em “cal” (calorias), a massa deve estar expressa em gramas.
Portanto no nosso exemplo m = 2 kg = 2.000 g.
O calor específico do ferro é informado na tabela 1 (c = 0,11 cal/gºC).
A variação de temperatura (Δ) é obtida através da relação;
Δ = final – inicial
Teremos então:
Δ = 400 – 20
Δ = 380 ºC
Com estas informações, já podemos fazer uso da expressão Q = m.c.Δ, e determinar
a quantidade de calor.
Q = m.c.Δ
Q = 2.000x0,11x380
Q = 83.600 cal
Nesta situação o bloco recebeu 30.800 calorias para elevar sua temperatura de 20 ºC
até 400 ºC.
b) Novamente utilizamos a expressão Q = m.c.Δ, onde:
m = 2 kg = 2.000 g
c = 0,11 cal/gºC
Δ = final – inicial
Nesta nova situação a temperatura inicial é de 20 ºC mas a temperatura final, desta vez,
é menor que a inicial pois o bloco perde calor. De acordo com o enunciado ele deve se
resfriar até ºC.
Portanto
Δ = final – inicial
Δ = 0 – 20
Δ = – 20 ºC
E para a quantidade de calor ficamos com:
Q = m.c.Δ
Q = 2.000x0,11x(– 20)
Q = – 4.400 cal
O sinal negativo que acompanha o valor numérico indica que o bloco de ferro perdeu
4.400 calorias para diminuir sua temperatura de 20 ºC até 0 ºC.
ATIVIDADES
1. Uma panela de alumínio tem 300 gramas de massa e foi inadvertidamente levada
vazia ao fogo de um fogão que a aqueceu da temperatura ambiente de 25 ºC até a
temperatura de 85 ºC.
a) Consulte na tabela deste capítulo o calor específico do alumínio.
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b) Determine a quantidade de calorias absorvidas pela panela de alumínio.
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2. (UEL – 2012 – Adaptada.) O homem utiliza o fogo para moldar os mais diversos
utensílios. Por exemplo, um forno é essencial para o trabalho do ferreiro na confecção
de ferraduras. Para isso, o ferro é aquecido até que se torne moldável. Considerando
que a massa de ferro empregada na confecção de uma ferradura é de 0,5 kg, que a
temperatura em que o ferro se torna moldável é de 520 ºC e que o calor específico do
ferro vale 0,1 cal/gºC, assinale a alternativa que fornece a quantidade de calor, em
calorias, a ser cedida a essa massa de ferro para que possa ser trabalhada pelo ferreiro.
Dado: temperatura inicial da ferradura: 20 ºC.
a) 250
b) 2500
c) 25.000
d) 250.000
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3. Um cozinheiro necessita aquecer 0,6 kg de água que se encontrava à 25 ºC. Ao levar
a água ao fogo, ele observa que que ela começa a ferver 5 minutos depois.
Desconsiderando-se as perdas de calor para o ambiente e considerando a temperatura
de ebulição da água igual a 100 ºC, determine a quantidade de calor recebida pela água.
(Adote 1 litro = 1 kg.)
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4. O que significa dizer que um objeto tem capacidade térmica de 150 cal/Cº?
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5. (UFSE – Adaptada.) A tabela abaixo apresenta a massa m de cinco objetos de
metal, com seus respectivos calores específicos sensíveis c.
METAL
c(cal/gºC)
m(g)
Ferro
0,113
200
Cobre
0,093
300
Prata
0,056
400
Chumbo
0,031
500
O objeto que tem maior capacidade térmica é o de:
a) ferro
b) chumbo
c) prata
d) cobre
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6. Um objeto inicialmente a 20 ºC recebe 600 cal o que faz sua temperatura chegar a
30ºC. Em razão desta elevação de temperatura sua capacidade térmica é
a) 80 cal/ºC
b) 60 cal/ºC
c) 30 cal/ºC
d) 20 cal/ºC
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INDICAÇÕES
Oficina Calor
Vídeo Calor e Temperatura
REFERÊNCIAS
ALVARENGA, B. Curso de Física – volume 2. São Paulo: Scipione, 2010.
GASPAR, A. Física, volume 2. São Paulo: Ática, 2000.
GONÇALVES FILHO, A.; TOSCANO, C. Física e realidade – volume 2. São Paulo:
Scipione, 1997.
GREF - Grupo de Reelaboração do Ensino de Física. Leituras de Física –
Termodinâmica. São Paulo: Edusp, 1998.
PIETROCOLA, M. Física em contextos: pessoal, social e histórico – volume 2. São
Paulo: FTD, 2011.
TRILLLOGIC INNOVENTIONS. Centelhas produzidas em um esmeril. Disponível em:
<https://freerangestock.com/photos/4589/steel-sparks.html>. Acesso em: 16 mai. 2016.
11h23min.
VON BAEYER, H. A Física e o mundo que nos rodeia. Rio de Janeiro: Campus, 1994.
GABARITO
1.
a) c = 0,22 cal/gºC
b) Utilizando a expressão Q = m.c.Δ, teremos:
Q=?
m = 300 g
c = 0,22 cal/gºC
Δ = 85 ºC – 25 ºC = 60 ºC
Q = m.c.Δ,
Q = 300x0,22x60
Q = 3.960 cal
2. Alternativa C
Utilizando a expressão Q = m.c.Δ, teremos:
Q=?
m = 0,5 kg = 500 g
c = 0,1 cal/gºC
Δ = 520 ºC – 20 ºC = 500 ºC
Q = m.c.Δ,
Q = 500x0,1x500
Q = 25.000 cal
3. Utilizando a expressão Q = m.c.Δ, teremos:
Q=?
m = 0,6 kg = 600 g
c = 1 cal/gºC
Δ = 100 ºC – 25 ºC = 75 ºC
Q = m.c.Δ,
Q = 600x1x75
Q = 45.000 cal
4. Significa que se o objeto receber (ou ceder) uma quantidade de energia de 150
calorias, sua temperatura variará de 1 ºC.
5. Alternativa A
Metal
c(cal/gºC)
m(g)
Capacidade térmica
C = m.c
Ferro
0,113
200
C = 200x0,113
C = 22,6 cal/ ºC
C = m.c
Cobre
0,093
300
C = 200x0,093
C = 18,6 cal/ ºC
C = m.c
Prata
0,056
400
C = 200x0,056
C = 11,2 cal/ ºC
C = m.c
Chumbo
0,031
500
C = 200x0,031
C = 6,2 cal/ ºC
6. Alternativa B
Utilizando-se a expressão
C=Q

Onde,
Q = 600 cal
 = 30 ºC – 20 ºC = 10 ºC
Teremos:
C=Q

C = 600
10
C = 60 cal/ ºC