Explique o que significa capacidade calorífica? Explique o comportamento da capacidade calorífica na transição de fase.
Passo 1
O enunciado pede para explicar o que é capacidade calorífica e como ela se comporta durante uma transição de fase. O conteúdo envolve conceitos de calorimetria em termodinâmica (relação entre calor e variação de temperatura) e o fenômeno de mudança de fase (absorção ou liberação de calor sem variação de temperatura).
Passo 2
Capacidade calorífica é a grandeza que relaciona a quantidade de calor trocada por um sistema com a variação de sua temperatura. Formalmente, no processo elementar,
onde
é o calor recebido e
a variação de temperatura. Desse modo,
Se quisermos a capacidade calorífica específica por unidade de massa, usamos
e, por mol, a capacidade molar
. Em termodinâmica distinguimos ainda
(à pressão constante) e
(a volume constante), mas o conceito básico é o mesmo.
Passo 3
Durante uma transição de fase de primeira ordem (por exemplo, fusão ou vaporização) a temperatura do sistema permanece constante enquanto ocorre a mudança de fase. Nessa etapa:
- O sistema absorve (ou libera) uma quantidade finita de calor, chamada de calor latente
. - Como
mas , temos
Em outras palavras, a capacidade calorífica teoricamente diverge na temperatura de transição: qualquer aporte de calor não eleva a temperatura, mas transforma fase.
Passo 4
Na prática, materiais não exibem uma divergência matemática pura: em uma curva
aparece um pico muito acentuado na temperatura de mudança de fase. Em transições de segunda ordem (por exemplo, em certos pontos críticos), não há calor latente, mas sim uma variação contínua de fases que faz
crescer fortemente (às vezes divergir) segundo leis de potência próximas ao ponto crítico.
Resposta
Capacidade calorífica é a razão entre o calor fornecido a um sistema e sua variação de temperatura,
. Na transição de fase de primeira ordem, onde existe calor latente
e a temperatura permanece constante (
), a capacidade calorífica diverge (tende a infinito), pois todo calor é usado para mudar a fase. Em transições de segunda ordem, embora não haja calor latente,
apresenta um pico ou até divergência devido às flutuações críticas do sistema.