Capacidade térmica e calor específico: comparação de materiais e leitura de tabelas

Capacidade térmica (C) x calor específico (c): o que cada um mede

Ao comparar como diferentes corpos aquecem ou esfriam, é essencial separar duas ideias:

• Calor específico (c): propriedade do material. Indica quanta energia térmica é necessária para elevar a temperatura de 1 kg desse material em 1 °C (ou 1 K). Quanto maior o c, mais “difícil” é aquecer (e também esfriar) o material.
• Capacidade térmica (C): propriedade do corpo (objeto real). Depende do material e também da massa do corpo. Indica quanta energia térmica é necessária para elevar a temperatura do corpo inteiro em 1 °C (ou 1 K).

A relação entre elas é:

C = m · c

Ou seja: mesmo material (mesmo c), corpos com massas diferentes terão capacidades térmicas diferentes. E mesmo com a mesma massa, materiais diferentes terão capacidades térmicas diferentes porque seus c são diferentes.

Unidades mais usadas

• c: J/(kg·°C) ou J/(kg·K)
• C: J/°C ou J/K

Como variações de temperatura em °C e em K têm o mesmo tamanho, você pode usar ΔT em °C ou em K sem alterar o valor numérico do resultado (desde que seja variação).

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Como a relação C = m·c ajuda a comparar materiais

Se dois corpos recebem a mesma quantidade de energia térmica (mesmo Q) e têm a mesma massa, o que muda a variação de temperatura é o calor específico:

• Material com c maior → ΔT menor (a temperatura muda pouco).
• Material com c menor → ΔT maior (a temperatura muda bastante).

Se dois corpos são do mesmo material (mesmo c), o que muda a variação de temperatura ao receberem o mesmo Q é a massa:

• m maior → C maior → ΔT menor.
• m menor → C menor → ΔT maior.

Consequências práticas (sem “mistério”)

• Água demora a aquecer e a esfriar: a água tem c alto. Para a mesma massa, é preciso mais energia para aumentar a temperatura; e, ao perder energia, a temperatura cai mais lentamente.
• Metais aquecem rápido: muitos metais têm c baixo. Com a mesma energia recebida, a temperatura sobe mais.
• “Esquenta rápido” não é o mesmo que “conduz bem”: um metal pode aquecer rápido (c baixo) e também conduzir bem o calor, mas são propriedades diferentes. Aqui, o foco é a energia necessária para variar a temperatura (c e C), não a velocidade de transferência.

Leitura e interpretação de tabelas de calor específico

Tabelas de calor específico normalmente trazem valores aproximados de c para materiais em condições padrão (por exemplo, perto da temperatura ambiente). Ao usar uma tabela, observe:

• Unidade: J/(kg·°C), J/(kg·K) ou às vezes cal/(g·°C). Não misture unidades.
• Estado físico: água líquida, gelo e vapor têm valores diferentes.
• Temperatura de referência: alguns materiais variam o c com a temperatura; tabelas podem indicar a faixa.
• Material “puro” x liga: aço, alumínio, latão etc. podem variar conforme composição.

Exemplo de tabela (valores típicos aproximados)

Como usar a tabela para comparar: se dois corpos têm a mesma massa e recebem o mesmo Q, o corpo de cobre (c ≈ 385) tende a ter ΔT maior do que o de alumínio (c ≈ 900), e ambos terão ΔT maior do que o de água (c ≈ 4180).

Passo a passo: como calcular capacidade térmica de um corpo

Situação: você tem um objeto de massa conhecida e sabe o calor específico do material (pela tabela). Quer saber quanto ele “resiste” a variar a temperatura.

1. Identifique a massa do corpo (m) em kg.
2. Busque o calor específico do material (c) na tabela, na unidade correta.
3. Calcule C = m · c.
4. Interprete: se C é grande, o corpo precisa de muito Q para variar 1 °C; se C é pequeno, varia 1 °C com pouco Q.

Exemplo numérico

Um bloco de alumínio de m = 2,0 kg, com c ≈ 900 J/(kg·°C):

C = m·c = 2,0 · 900 = 1800 J/°C

Interpretação: para aumentar a temperatura do bloco em 1 °C, são necessários cerca de 1800 J.

Atividades conceituais (prever e justificar)

Atividade 1: mesma massa, materiais diferentes, mesmo Q

Enunciado: três corpos de 1,0 kg (água, alumínio e cobre) recebem a mesma energia térmica Q. Todos começam na mesma temperatura. Preveja qual terá maior ΔT e qual terá menor ΔT. Justifique usando a tabela de c.

Roteiro de justificativa:

• Com mesma massa e mesmo Q, a variação de temperatura é inversamente relacionada a c.
• Compare os valores: c_água é o maior → menor ΔT; c_cobre é o menor → maior ΔT.

Atividade 2: mesma variação de temperatura, materiais diferentes

Enunciado: você quer aumentar em ΔT = 20 °C a temperatura de 1,0 kg de água e de 1,0 kg de alumínio. Qual exige maior Q? Justifique.

Roteiro de justificativa:

• Com mesma massa e mesmo ΔT, o Q necessário é proporcional a c.
• Como c_água é maior, a água exige mais energia.

Atividade 3: mesmo material, massas diferentes, mesmo Q

Enunciado: dois blocos de alumínio, um de 0,5 kg e outro de 2,0 kg, recebem o mesmo Q. Qual terá maior ΔT? Justifique com C.

Roteiro de justificativa:

• Mesmo material → mesmo c.
• C = m·c: o bloco de 2,0 kg tem C maior, então sua temperatura varia menos para o mesmo Q.

Atividade prática simulada: encontrar c a partir de medidas

Em uma prática (real ou simulada), você pode estimar o calor específico de um material medindo massa, variação de temperatura e energia fornecida. A ideia é reorganizar os dados e isolar c:

c = Q / (m · ΔT)

Passo a passo de organização dos dados (modelo de tabela)

1. Crie uma tabela com colunas para massa, temperatura inicial, temperatura final, ΔT e Q.
2. Calcule ΔT = T_f − T_i em cada linha.
3. Calcule c em cada linha usando c = Q/(m·ΔT).
4. Compare os valores obtidos entre si e com uma tabela de referência (diferenças podem ocorrer por perdas de energia e arredondamentos).

Exemplo resolvido (Ensaio 1)

Dados: m = 0,50 kg, ΔT = 8 °C, Q = 3600 J.

c = Q/(m·ΔT) = 3600 / (0,50 · 8) = 3600 / 4 = 900 J/(kg·°C)

Esse valor é compatível com um material como o alumínio (valor típico próximo de 900 J/(kg·°C)).

Exercícios (com foco em comparação e leitura de tabelas)

1) Comparação direta por tabela

Considere 1,0 kg de água e 1,0 kg de cobre recebendo Q = 7700 J. Use valores típicos c_água = 4180 e c_cobre = 385 (em J/(kg·°C)).

• a) Qual tem maior ΔT?
• b) Calcule ΔT de cada um.

2) Capacidade térmica de um corpo

Um corpo de ferro de massa 3,0 kg tem c = 450 J/(kg·°C).

• a) Calcule a capacidade térmica C.
• b) Interprete o resultado: quantos joules são necessários para aumentar 5 °C?

3) Mesma variação de temperatura, Q diferente

Você deseja aquecer em ΔT = 15 °C:

• 0,80 kg de água (c = 4180)
• 0,80 kg de alumínio (c = 900)

Calcule o Q necessário em cada caso e compare.

4) Estimativa de c a partir de dados experimentais simulados

Um bloco de massa m = 0,25 kg recebe Q = 2250 J e sua temperatura vai de 22 °C para 32 °C.

• a) Calcule ΔT.
• b) Calcule c.
• c) Compare com uma tabela e sugira qual material pode ser (por exemplo: alumínio, ferro, cobre ou outro), justificando pela proximidade do valor.

5) Organização de dados em tabela (preencher e calcular)

Complete a tabela abaixo e calcule c em cada ensaio. Depois, verifique se os valores são consistentes entre si.