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:
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 (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:
Calor específico
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:
A Primeira Lei diz:
onde
-
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
-
Processo a volume constante (
const): - Não há expansão,
. - Logo
. - Definimos
como o calor específico molar a volume constante.
- Não há expansão,
-
Processo a pressão constante (
const): - Há trabalho
. - Então
- Para um gás ideal,
. - Substituindo:
- Definimos
.
- Há trabalho
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.