Calorimetria na Engenharia Química

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Calorimetria 
 Prática 6 
 Centro Universitário SENAI CIMATEC, Engenharia Química, 
 Laura Embiruçu 
 Entregue ao professor Dourival Edgar da disciplina Física B - Prática 
 Resumo: No presente trabalho objetiva-se explorar a 
 calorimetria e sua aplicação nos objetos estudados. 
 Para o cálculo do calor específico dos objetos 
 utilizou-se a água como um meio para interagir com os 
 corpos de prova, realizando assim a troca de calor , 
 seguindo o roteiro da prática, em seguida, foi anotado 
 em uma tabela os valores encontrados com o 
 calorímetro. Ao final do experimento os alunos foram 
 capazes de compreender melhor a troca de calor, além 
 de aprender a utilizar aparelhos como o calorímetro 
 simples. 
 Palavras-chave: Calorimetria; Calor específico; 
 Calorímetro. 
 I. I NTRODUÇÃO 
 A calorimetria pode ser definida como o ramo da física 
 que estuda a troca de energia na forma de calor entre 
 dois corpos, as três principais formas de transmissão 
 dessa energia são por convecção, irradiação e condução 
 (HALLIDAY, 2012, p. 205). Essa valiosa ferramenta é 
 utilizada no desenvolvimento de equipamentos de 
 conservação de temperatura, como por exemplo, 
 garrafas térmicas. É importante reiterar alguns 
 conceitos como a lei zero da termodinâmica, 
 capacidade térmica e calor específico que foram usados 
 no experimento. 
 Consoante a Halliday (2012), a lei zero da 
 termodinâmica diz que dois corpos A e B que estão 
 separadamente em equilíbrio térmico com um terceiro 
 corpo C, também estarão em equilíbrio térmico entre 
 si. Esse conceito está representado na figura 1. 
 Figura 1: exemplificação da lei zero da termodinâmica 
 Fonte: Wikipedia 
 A capacidade térmica pode ser definida como a 
 constante de proporcionalidade entre o calor recebido 
 ou cedido pelo objeto e a variação de temperatura do 
 objeto, e pode ser representada por (HALLIDAY, 2012, 
 p. 193): 
 �� 
 �� = (1) 
 ∆�� 
 Onde: 
 C = capacidade térmica (cal/ o C); 
 Q = Quantidade de calor (calorias); 
 ΔT = Variação de temperatura ( o C). 
 Já o calor específico seria a capacidade térmica de um 
 determinado material a receber energia por unidade de 
 massa, essa grandeza pode ser calculada por 
 (HALLIDAY, 2012, p. 193): 
 �� = ��. ��. ∆�� (1) 
 Onde: 
 Q = Quantidade de calor (calorias); 
 m = massa (g); 
 c = calor específico (cal.g -1 . o C -1 ); 
 ΔT = variação de temperatura ( o C). 
 A prática teve como objetivo coletar dados das 
 substâncias indicadas no experimento e a partir disso, 
 através das fórmulas supracitadas, calcular a 
 capacidade térmica e calor específico dos componentes 
 solicitados. 
 II. E XPERIMENTO 
 M ATERIAIS E M ÉTODOS 
 Os materiais utilizados foram: 
 • Béquer de vidro de 250 ml; 
 • Calorímetro simples; 
 • Bico de Bunsen; 
 • Corpo de prova de alumínio; 
 • Corpo de prova de ferro; 
 • Termômetro químico de líquido; 
 • Balança de precisão. 
 Antes de começar qualquer procedimento, foram 
 colocados os equipamentos de proteção individual: 
 óculos de proteção e jaleco. Com os EPI’s necessários, 
 a primeira etapa foi pesar o volume de 100ml de água 
 fria(m1). Depois da pesagem, a água do béquer foi 
 despejada no calorímetro e agitada. Com o auxílio do 
 termômetro foi medida a temperatura do conjunto(T1). 
 Posteriormente, o corpo de prova foi pesado (m2) e 
 colocado em 150 ml de água aquecida pelo bico de 
 Bunsen até seu ponto de ebulição. Foi verificada a 
 temperatura (T2) de equilíbrio do corpo de prova e a 
 água em ebulição. Finalmente, foi retirado o corpo de 
 prova de dentro do béquer e colocado dentro do 
 calorímetro, o qual foi agitado. Dessa forma, 
 observou-se a temperatura de equilíbrio(T3) com o 
 termômetro. 
 III. R ESULTADOS 
 Os procedimentos com o corpo de prova de alumínio e 
 de ferro foram descritos no quadro 1. 
 Quadro 1:Procedimento com o ferro e o alumínio. 
 Cor 
 po 
 de 
 pro 
 va 
 Mass 
 a da 
 água 
 (m1) 
 (g) 
 Massa 
 do 
 corpo 
 de 
 prova 
 (m2) (g) 
 Temper 
 atu ra 
 calorím 
 etr o + 
 água 
 (T1) (°C) 
 Tempe 
 r 
 atura 
 do 
 corpo 
 (T2) 
 (°C) 
 Tempera 
 tura de 
 equilíbri 
 o (T3) 
 (°C) 
 Fer 
 ro 
 96.9 
 2 
 301.55 25.6 87.5 39.4 
 Al 
 u 
 mí 
 n 
 io 
 98.8 
 8 
 104.09 25.7 90.9 36.4 
 Fonte: Própria 
 Tratando-se como um meio adiabático, não haverá troca de 
 energia com o meio externo nesse experimento. Dessa 
 forma, a condição de equilíbrio térmico pode ser expressa na 
 forma: 
 Dessa forma, podemos aplicar nesse experimento: 
 Sendo calculado a partir de: 
 Já o : 
 Aplicando o que é chamada da “Lei Zero da 
 Termodinâmica”: 
 O mesmo processo deve ser aplicado com o alumínio: 
 Com base nos dados experimentais, obtêm-se como calor 
 específico do ferro e do alumínio . De acordo com os dados 
 experimentais e tabelados, verifica-se que o experimento 
 apresenta um erro que pode ser calculado seguindo os dados 
 reunidos o quadro 2. 
 Quadro 2:Calor Específico do ferro e do alumínio. 
 Corpo 
 de prova 
 Calor Específico 
 Experimental (cal/g °C) 
 Calor específico 
 tabelado (cal/g °C) 
 Ferro 0,09222 0,11 
 Alumíni 
 o 
 0,1865 0,22 
 Fonte: Própria 
 Os valores do calor específico do ferro e do alumínio se 
 aproximam do valor tabelado e o erro percentual pode ser 
 justificado pela imprecisão dos instrumentos utilizados e do 
 observador. Como é possível verificar na primeira etapa do 
 experimento, a pesagem do volume de 100ml de água fria, 
 onde foi apresentado valores diferentes quando o 
 experimento foi realizado com o alumínio e com o ferro. 
 Quanto aos procedimentos cujo objetivo foram determinar o 
 calor específico da água e do álcool, os resultados 
 encontrados foram descritos no quadro 1. 
 Quadro 3:Procedimento com água quente e fria. 
 Experiment 
 o 1 
 Experim 
 ent o 2 
 Experim 
 ent o 
 Massa da 
 48,09 
 água fria 
 (m1) (g) 
 46,21 45,32 
 Massa da 
 70,00 
 água quente 
 (m2) (g) 
 72,75 75,80 
 Temperatur 
 25,70 
 a da água 
 fria (T1) 
 (°C) 
 25,10 25,20 
 Temperatur 
 72,20 
 a da água 
 quente (T2) 
 (°C) 
 Temperatur 
 50,50 
 a final (TF) 
 (°C) 
 70,10 
 49,90 
 70,50 
 50,70 
 Calor 
 0,78514 
 específico 
 da água 
 (cal/g.°C) 
 0,75153 0,77000 
 Calor 
 0,76889 
 específico 
 médio da 
 água 
 Fonte: Própria 
 Tratando-se como um meio adiabático, não haverá troca de 
 energia com o meio externo nesse experimento. Dessa 
 forma, a condição de equilíbrio térmico pode ser expressa na 
 forma: 
 Dessa forma, podemos aplicar nesse experimento: 
 Sendo calculado a partir de: 
 Para o experimento 1: 
 Para o experimento 2: 
 Para o experimento 3: 
 Já o : 
 Para o experimento 1: 
 Para o experimento 2: 
 Para o experimento 3: 
 Aplicando o que é chamada da “Lei Zero da 
 Termodinâmica”: 
 Para o experimento 1: 
 Para o experimento 2: 
 Para o experimento 3: 
 Com base nos dados experimentais, obtêm-se como calor 
 específico da água é de . De acordo com os dados 
 experimentais e tabelados, verifica-se que o experimento 
 apresenta um erro. 
 Quadro 4:Tabela para facilitar no cálculo do erro no 
 Calor Específico. 
 quente 
 (T2) 
 (°C) 
 Tempera 
 tur a 
 final 
 (TF) 
 (°C) 
 55,10 55,10 55,60 
 Calor 
 específico 
 do álcool 
 (cal/g.°C) 
 0,8300 0,846 0,8382 
 Calor 
 específico 
 médio do 
 álcool 
 (cal/g.°C) 
 0,83806 
 Experi 
 mentos 
 Calor Específico 
 Experimental (cal/g °C) 
 Experi 
 mento 1 
 0,78514 
 Experi 
 mento 2 
 0,75153 
 Experi 
 mento 3 
 0,77000 
 Fonte: Própria 
 Calor específico 
 tabelado(cal/g °C) 
 1 
 1 
 1 
 Fonte: Própria 
 Verifica-se então, que em média, o calor específico da 
 água calculado nesta prática apresentou um erro percentual 
 de 30,09% em comparação com o valor tabelado. 
 Quanto a determinação do calor específico do álcool, 
 encontra-se os seguintes resultados: 
 Quadro 5:Procedimento com água quente e álcool. 
 Experiment 
 o 1 
 Experim 
 ent o 2 
 Experim 
 ent o 
 49,64 
 Massa do 
 álcool (m1) 
 (g) 
 50,52 49,74 
 77,76 
 Massa da 
 água (m2) 
 (g) 
 80,71 82,58 
 25,10 
 Temperatur 
 a do álcool 
 (T1) (°C) 
 25,10 25,10 
 71,10 
 Temperatur 
 a da água 
 71,00 71,00 
 O mesmo processo deve ser aplicado nesta prática: 
 Dessa forma, podemos aplicar nesse experimento: 
 Sendo calculado a partir de: 
 Para o experimento 1: 
 Para o experimento 2: 
 Para o experimento 3: 
 Já o : 
 Para o experimento 1: 
 Para o experimento 2: 
 Para o experimento 3: 
 Aplicando o que é chamada da “Lei Zero da 
 Termodinâmica”: 
 Para o experimento 1: 
 Para o experimento 2: 
 Para o experimento 3: 
 Com base nos dados experimentais, obtêm-se como calor 
 específico da álcool é de . De acordo com os dados 
 experimentais e tabelados, verifica-se que o experimento 
 apresenta um erro. 
 Quadro 6:Tabela para facilitar no cálculo do erro no 
 Calor Específico. 
 Fig. 2: Relação da indução magnética em função do campo 
 magnetizante. 
 Experi 
 mentos 
 Calor Específico 
 Experimental (cal/g °C) 
 Experi 
 mento 1 
 0,8300 
 Experi 
 mento 2 
 0,846 
 Experi 
 mento 3 
 0,8382 
 Fonte: Própria 
 Calor específico tabelado (cal/g °C) 
 0,58 
 0,58 
 0,58 
 Fonte: Própria 
 R EFERÊNCIAS 
 HALLIDAY, David. Fundamentos de 
 Física - Volume 2. 9 o 
 Verifica-se então, que em média, o calor específico 
 calculado nesta prática apresentou um erro percentual de 
 -30,78% em comparação com o valor tabelado. 
 Estes erros percentuais calculados do valor do calor 
 específico da água e do álcool podem ser justificados 
 também pela imprecisão dos instrumentos utilizados e do 
 observador. 
 Tratando-se como um meio adiabático, não haverá 
 troca de energia com o meio externo nesse 
 experimento. Dessa forma, a condição de equilíbrio 
 térmico pode ser expressa na forma: 
 edição. LTC. 2012. 292 páginas.