50 Por que os gases têm dois calores específicos, enquanto os sólidos e líquidos têm um só?

Passo 1

Resumo do enunciado: a questão pergunta por que, para gases, definimos dois calores específicos (um a volume constante, , e outro a pressão constante, ), enquanto sólidos e líquidos têm só um calor específico.
Conteúdo da matéria: Termodinâmica – calor específico e Primeira Lei da Termodinâmica.
O que precisamos:
  • Entender o que é calor específico;
  • Aplicar a Primeira Lei ( );
  • Ver porque gases em processos a constante gastam energia fazendo trabalho de expansão, diferente de sólidos e líquidos.

Passo 2

O que é calor específico?
Calor específico Q = m , c , De (ou , se for molar) é a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de uma certa massa (ou um mol) de substância em 1 °C.
Em geral, a gente escreve:
onde
  • é o calor trocado,
  • é a massa da substância,
  • é o número de mols,
  • é a variação de temperatura.

Passo 3

Primeira Lei da Termodinâmica e trabalho de gás
A Primeira Lei diz:
De
onde
  • W = P,De é a variação da energia interna,
  • é o calor recebido,
  • é o trabalho realizado pelo sistema.
Para um gás ideal sabemos que . Além disso, se o processo ocorrer a pressão constante ( constante), o gás se expande e faz trabalho

Passo 4

Calores específicos de um gás
  1. Processo a volume constante ( QP = De const):
    • Não há expansão, QP = n,CV,De.
    • Logo CV e CP = CV + R .
    • Definimos como o calor específico molar a volume constante.
  2. Processo a pressão constante ( const):
    • Há trabalho .
    • Então
    • Para um gás ideal, .
    • Substituindo:
    • Definimos .
Logo, no gás, surgem dois calores específicos diferentes:

Passo 5

E sólidos e líquidos?
  • Em líquidos e sólidos o volume praticamente não muda quando a gente esquenta (são praticamente incompressíveis).
  • Isso faz com que o trabalho seja praticamente zero em qualquer processo de aquecimento.
  • Assim, para eles todo calor aplicado vai direto para aumentar a energia interna, igual ao caso do gás a volume constante.
  • Não há diferença entre aquecer “a pressão constante” ou “a volume constante”: o calor específico é sempre o mesmo.

Resposta

Gases têm dois calores específicos porque, ao serem aquecidos a pressão constante, fazem trabalho de expansão (exigem calor extra), enquanto a volume constante não fazem trabalho. Por isso definimos e . Sólidos e líquidos, sem expansão significativa, não fazem trabalho ao ser aquecidos, logo têm apenas um calor específico.

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