Calor Específico

Você provavelmente já notou que certos alimentos permanecem quentes por mais tempo do que outros. Se você pegar uma torrada de dentro da torradeira elétrica e simultaneamente derramar sopa quente dentro de uma tigela, alguns minutos mais tarde a sopa ainda estará agradavelmente morna, enquanto a torrada terá esfriado. Analogamente, se você esperar um pouco antes de comer um pedaço quente de rosbife e uma concha de purê de batata, ambos inicialmente à mesma temperatura, você descobrirá que a carne esfria mais rápido do que a batata [1].

Substâncias diferentes possuem diferentes capacidades de armazenamento de energia interna. Se aquecermos uma panela com água no fogão, descobriremos que leva cerca de 15min para que sua temperatura se eleve da temperatura ambiente até a temperatura de ebulição. Mas se pusermos uma massa igual de ferro no mesmo fogo, descobriremos que ele sofrerá a mesma elevação de temperatura em cerca de 2min. Para a prata, o tempo seria inferior a um minuto. Diferentes materiais requerem diferentes quantidades de calor para elevar a temperatura de uma determinada quantidade desse material em um determinado número de graus [1].   Materiais diferentes absorvem energia de maneiras diferentes. A energia pode aumentar o movimento constantemente agitado das moléculas, o que eleva a temperatura [1].

Vídeo Assista ao vídeo sobre calor específico [2] para entender melhor o assunto.

Um grama de água requer 1 caloria de energia para que sua temperatura se eleve em 1 grau Celsius. Apenas cerca de um oitavo dessa energia é gasta para elevar a temperatura de um grama de ferro na mesma quantidade de graus. A água absorve mais do que o ferro para uma mesma variação de sua temperatura. Dizemos, então, que a água possui uma capacidade térmica por unidade de massa ou específica – mais conhecida como calor específico – maior do que o ferro [1].

O que possui maior calor específico, a água ou a areia? A água possui o calor específico mais alto. Logo, sua temperatura aumenta menos do que a da areia, sob a mesma luz solar incidente. O baixo calor específico da areia, como evidenciado pela rapidez com que sua superfície esquenta na luz solar e pela rapidez com que ela esfria de noite, afeta o clima local [1].

A água possui uma capacidade de armazenamento de energia melhor do que a grande maioria dos materiais, mas alguns materiais são ainda melhores. Uma grande quantidade relativamente de água absorve uma grande quantidade de calor para haver uma elevação correspondentemente pequena de sua temperatura. Por causa disso, a água é um é um agente muito útil para refrigerar sistemas encontrados em automóveis e em outras máquinas. Se um líquido de baixo calor específico fosse usado para refrigerar tais sistemas, sua temperatura se elevaria mais, para uma mesma absorção de calor [1].

A água também leva muito tempo para esfriar, fato que explica por que, no passado, costumava-se usar bolsas de água quente nas noites frias de inverno.Essa tendência da água de resistir a mudanças de temperatura melhora o clima em muitos lugares [1].

O clima da Terra depende de muitos fatores, mas um ingrediente importante é a energia térmica armazenada nos oceanos. Durante o dia, os raios solares que incidem nos oceanos fazem aumentar a temperatura da água do mar. Como a água possui um calor específico elevado e a massa da água contida nos oceanos é muito grande, os oceanos levam muito tempo para se aquecer e muito tempo para esfriar. As substâncias de que são feitos os continentes, por outro lado, possuem um calor específico bem menor e apenas uma camada relativamente estreita da superfície é aquecida pelo Sol. Assim, os continentes esquentam e esfriam muito mais depressa do que os oceanos [1].

Vários aspectos regulares do clima da terra estão diretamente ligados à alta capacidade térmica dos oceanos. Assim, por exemplo, as terras que cercam o oceano Índico experimentam ventos sazonais conhecidos como monções. Durante o verão, a terra do subcontinente indiano se aquece mais depressa que o oceano. O ar quente acima da terra sobe, deslocando o ar frio do oceano para a terra. O ar que vem do oceano é saturado de umidade. Ao chegar à terra, esta umidade se condensa para formar nuvens e se precipita na forma de chuva. É a chamada “estação das chuvas” [1].

No inverno, por outro lado, o oceano esfria mais devagar que a terra. Assim, no inverno o ar está mais quente sobre o oceano e o padrão se inverte. O ar quente acima do oceano sobe, deslocando o ar frio e seco da terra para o oceano. As chuvas cessam e começa a estação das secas que dura seis meses [1].

Para saber mais Informe-se mais sobre as monções nos sites Monções na Wikipedia, Monções 1 e Monções 2.

Fenômenos semelhantes ocorrem em muitas outras regiões do mundo. Na verdade, o clima em grande parte do planeta é profundamente influenciado pela alta capacidade térmica da água.

Vídeo Assista ao vídeo Transmissão de Calor, Correntes Marinhas e de Ventos [3].

Por que um pedaço de melancia se mantem frio por períodos de tempo mais longos do que sanduíches, depois que ambos são retirados de uma geladeira, em um dia quente? [1].

Para saber mais Se você está nessa condição ,, leia mais informações sobre calor específico nos sites Calor Específico e CalorvEspecífico 1.

Teste seus conhecimentos

A quantidade de calor Q, é igual ao calor específico da substância, c, multiplicado pela sua massa, m, e pela variação ocorrida na temperatura, T, ou seja, Q = mcT.

1) Um corpo de massa 200g é constituído por uma substância de calor específico 0,4cal/gºC. Determine: a) A quantidade de calor que o corpo deve receber para que sua temperatura varie de 5ºC para 35ºC. b) Que quantidade de calor o corpo deve ceder para que sua temperatura diminua de 15ºC.

2) Qual seria a temperatura final de uma mistura de 50g de água a 20ºC com 50g de água a 40ºC?

3) Colocam-se 500g de ferro a 42ºC num recipiente de capacidade térmica desprezível contendo 500g de água a 20ºC. Determine a temperatura final de equilíbrio térmico. O calor específico do ferro é 0,1cal/gºC.

4) Dia de céu azul. Ao ir a praia, às 9h da manhã, um banhista percebe que a água do mar está muito fria, mas a areia da praia está quente. Retornando à praia às 21 h, nota que a areia está muito fria, mas a água do mar ainda está morna. Explique o fenômeno observado.

Referências

[1] HEWITT, Paul. Física conceitual. 9.ed. Porto Alegre: Bookman, 2002. p.272-273.
[2] CUNHA, Flavio. Disponível em: http://www.youtube.com/user/flavioscunha. Disponível para uso educacional.
[3] Trecho do filme "Uma verdade inconveniente" de Al Gore. Disponível em: http://www.youtube.com.