Calor sensível em termologia: variação de temperatura e a relação Q = m·c·ΔT

O que é calor sensível

Calor sensível é a energia térmica transferida para um corpo (ou retirada dele) que provoca variação de temperatura sem mudança de fase. Ou seja: a substância continua no mesmo estado físico (sólido, líquido ou gasoso), mas fica mais quente ou mais fria.

Exemplos típicos de calor sensível: aquecer água de 20 °C para 60 °C (continua líquida), resfriar um refrigerante de 25 °C para 5 °C (continua líquido), aquecer uma panela metálica no fogão (continua sólida).

Construindo a relação Q = m·c·ΔT (dedução operacional)

Na prática, observa-se experimentalmente que, quando não há mudança de fase:

• Quanto maior a massa do corpo, maior a energia necessária para produzir a mesma variação de temperatura.
• Quanto maior a variação de temperatura, maior a energia necessária.
• Materiais diferentes exigem quantidades diferentes de energia para a mesma massa e a mesma variação de temperatura (água “demora” mais para aquecer do que metal, por exemplo).

Essas três dependências podem ser organizadas como uma proporcionalidade:

Q ∝ m e Q ∝ ΔT e Q ∝ (propriedade do material)

Continue em nosso aplicativo e ...

• Ouça o áudio com a tela desligada
• Ganhe Certificado após a conclusão
• + de 5000 cursos para você explorar!

ou continue lendo abaixo...

Baixar o aplicativo

Juntando tudo em uma única expressão, introduzimos uma constante do material chamada calor específico (c):

Q = m · c · ΔT

Essa é uma “dedução operacional”: ela nasce de regularidades experimentais e define o papel físico de c como o fator que liga energia, massa e variação de temperatura.

O significado físico de c (calor específico)

O calor específico é a energia necessária para elevar a temperatura de 1 kg de uma substância em 1 K (ou 1 °C de variação). Em termos de unidades:

• c em J/(kg·K) (ou J/(kg·°C) quando se trata de variação)

Interpretação direta: se a água tem calor específico alto, ela precisa de muita energia para aumentar sua temperatura; por isso, aquecer água costuma exigir mais energia do que aquecer a mesma massa de metal.

Variáveis e unidades (com atenção às variações)

Como calcular ΔT corretamente (e evitar confusão com “temperatura negativa”)

Por definição:

ΔT = T_final − T_inicial

• Se ΔT > 0, a temperatura aumentou (aquecimento).
• Se ΔT < 0, a temperatura diminuiu (resfriamento).

Um ΔT negativo não significa “temperatura negativa” do corpo; significa apenas que a temperatura final é menor que a inicial.

Sinal de Q e sentido de ganho/perda de calor

Na convenção mais usada em exercícios:

• Q > 0: o corpo recebe calor (ganha energia térmica) e tende a aquecer (ΔT geralmente positivo).
• Q < 0: o corpo cede calor (perde energia térmica) e tende a resfriar (ΔT geralmente negativo).

Se você usar Q = m·c·ΔT com ΔT calculado como Tf − Ti, o sinal de Q sai automaticamente coerente (desde que m e c sejam positivos).

Conversões essenciais antes de aplicar a fórmula

1) g ↔ kg

• 1 kg = 1000 g
• m(kg) = m(g) / 1000

Exemplo rápido: 250 g = 0,250 kg.

2) °C ↔ K (para variações)

Para variação de temperatura, o tamanho do grau é o mesmo:

• ΔT em °C = ΔT em K

Exemplo: de 20 °C para 70 °C, ΔT = 50. Isso equivale a 50 K de variação.

Atenção: isso vale para diferenças (ΔT). Não é uma regra para converter temperaturas absolutas sem cuidado (isso já foi tratado em capítulos anteriores).

Exemplos do cotidiano (com passo a passo)

Exemplo 1: aquecer água (energia necessária)

Problema: Qual a energia necessária para aquecer 0,50 kg de água de 20 °C para 80 °C? Use c_água = 4200 J/(kg·K).

Passo 1 — Dados: m = 0,50 kg, Ti = 20 °C, Tf = 80 °C, c = 4200 J/(kg·K).

Passo 2 — Variação de temperatura: ΔT = 80 − 20 = 60 (°C ou K).

Passo 3 — Aplicar a fórmula:

Q = m·c·ΔT = 0,50 · 4200 · 60

Q = 126000 J (ou 1,26×10^5 J).

Leitura física: é uma energia considerável; por isso aquecer água demanda tempo e potência do fogão/resistência.

Exemplo 2: resfriar uma bebida (Q negativo)

Problema: Uma lata de refrigerante (massa aproximada do líquido 350 g) é resfriada de 25 °C para 5 °C. Adote c = 4200 J/(kg·K) (aproximação como água). Calcule o calor trocado pelo refrigerante.

Passo 1 — Conversão de massa: 350 g = 0,350 kg.

Passo 2 — ΔT: ΔT = 5 − 25 = −20.

Passo 3 — Fórmula:

Q = 0,350 · 4200 · (−20)

Q = −29400 J.

Interpretação: o sinal negativo indica que o refrigerante cedeu 29,4 kJ de energia térmica ao ambiente/geladeira (ou ao gelo), por isso esfriou.

Exemplo 3: panela no fogão (comparação de materiais)

Ideia prática: uma panela metálica costuma aquecer (e esfriar) mais rapidamente que a água dentro dela. Um dos motivos é que muitos metais têm calor específico menor que o da água. Assim, para a mesma massa e o mesmo Q, o metal tende a ter ΔT maior do que a água.

Se dois corpos recebem a mesma energia Q:

ΔT = Q/(m·c)

Logo, quanto menor c, maior a variação de temperatura obtida com a mesma energia.

Exercícios graduais (com conversões e sinal)

Exercício 1 (direto)

Calcule Q para aquecer 2,0 kg de água de 30 °C para 35 °C (c = 4200 J/(kg·K)).

Gabarito (resultado): ΔT = 5 ⇒ Q = 2,0·4200·5 = 42000 J.

Exercício 2 (com g → kg)

Um bloco de alumínio de 200 g recebe 1800 J. Sabendo que c_al = 900 J/(kg·K), determine ΔT.

Passos essenciais: m = 0,200 kg; ΔT = Q/(m·c) = 1800/(0,200·900) = 10 K.

Gabarito (resultado): ΔT = 10 (ou 10 °C de variação).

Exercício 3 (resfriamento e sinal)

Uma massa de 0,80 kg de água vai de 60 °C para 20 °C. Calcule Q (c = 4200 J/(kg·K)).

Gabarito (resultado): ΔT = 20 − 60 = −40 ⇒ Q = 0,80·4200·(−40) = −134400 J.

Exercício 4 (mistura de unidades e checagem)

Um recipiente contém 750 g de água a 18 °C. Quanto calor é necessário para chegar a 90 °C? Use c = 4200 J/(kg·K).

Gabarito (resultado): m = 0,750 kg; ΔT = 72; Q = 0,750·4200·72 = 226800 J.

Método padrão de resolução (roteiro em passos)

1) Dados

• Identifique m, c, Ti e Tf.
• Confirme que é um caso de calor sensível (sem mudança de fase).

2) Conversões

• Converta massa para kg (se vier em g).
• Calcule ΔT = Tf − Ti (em °C ou K; para variação, tanto faz).
• Verifique se c está em J/(kg·K) (ou unidade equivalente).

3) Fórmula

• Use Q = m·c·ΔT.
• Deixe o sinal aparecer naturalmente via ΔT (aquecimento: positivo; resfriamento: negativo).

4) Verificação de plausibilidade

• Ordem de grandeza: aquecer água costuma dar valores grandes (dezenas a centenas de kJ para massas do dia a dia e variações de dezenas de graus).
• Sinal: se a temperatura diminuiu, ΔT deve ser negativo e Q também.
• Unidade final: Q deve sair em J.