Atividade Experimental Calor Específico

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UNIVERSIDADE REGIONAL DO NOROESTE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL 
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E ENGENHARIAS 
ENGENHARIA DE PRODUÇÃO E MECÂNICA. 
 
 
 
 
 
 
 
ANA CAROLINA AHLERT 
THIAGO JANKE 
 
 
 
 
 
AULA EXPERIMENTAL III: CALOR ESPECÍFICO 
 
 
 
 
 
 
FÍSICA II 
Prof. BENJAMIM ZUCOLOTTO 
 
 
 
 
 
 
 
Panambi 
2021
 
SUMÁRIO 
 
 
 
INTRODUÇÃO .......................................................................................................................... 4 
1. ROTEIRO EXPERIMENTAL ............................................................................................ 5 
2. TEMPERATURA EM FUNÇÃO DO TEMPO ................................................................. 6 
2.1. Objeto Dourado .......................................................................................................... 6 
2.2. Objeto Preto ............................................................................................................... 7 
2.3. Objeto Prata ............................................................................................................... 9 
3. EQUAÇÃO ....................................................................................................................... 11 
4. CALOR ESPECÍFICO DOS OBJETOS ........................................................................... 14 
4.1. Objeto Dourado ........................................................................................................ 14 
4.2. Objeto Preto ............................................................................................................. 15 
4.3. Objeto Prata ............................................................................................................. 16 
CONCLUSÃO .......................................................................................................................... 17 
 
ÍNDICE DE FIGURAS 
 
 
Figura 1 – Objeto dourado .......................................................................................................... 6 
Figura 2 – Ajuste linear objeto dourado ..................................................................................... 7 
Figura 3 – Objeto preto ............................................................................................................... 8 
Figura 4 – Ajuste Linear objeto preto ......................................................................................... 8 
Figura 5 – Objeto Prata ............................................................................................................... 9 
Figura 6 – Ajuste linear objeto prata ........................................................................................ 10 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
INTRODUÇÃO 
 
O calor específico é uma grandeza física característica de cada substância, que define a 
quantidade de calor necessária para que cada grama de substância sofra uma variação de 
temperatura correspondente a 1°C. 
Para essa atividade experimental o objetivo é determinar o calor específico de três 
materiais e representar graficamente, calculando massa e temperatura e representando 
posteriormente no software SciDavis. 
 
 
 
 
 
 
 
 
1. ROTEIRO EXPERIMENTAL 
 
 
Através da utilização de Becker com água, um termopar e um programa de Arduino, 
pretende-se descobrir o calor específico de três objetos com massas diferentes. Objeto prata, 
preto e dourado. 
Junto ao Becker, foi acrescentada uma porção de água quente e o termopar, o qual tem 
por objetivo medir a temperatura do sistema. O Arduino expõe os dados captados pelo termopar 
a temperatura em função do tempo. Após período de tempo, junto ao Becker, foi adicionado 
um dos três objetos, tornando assim possível observar que após o acréscimo do mesmo, a 
temperatura teve uma queda muito elevada em um período curto de tempo, e depois se 
estabilizou. O experimento foi refeito para cada objeto. 
Utilizando os dados gerados pelo sistema de Arduino (temperatura em relação ao 
tempo), foi possível montar um gráfico no software SciDavis, o qual permite verificar a 
temperatura inicial e final do objeto dentro do sistema. 
 
 
2. TEMPERATURA EM FUNÇÃO DO TEMPO 
 
 
 
2.1.Objeto Dourado 
 
Utilizando os dados obtidos do experimento, podemos observar via gráfico o 
comportamento da temperatura da água com o objeto dourado, conforme figura 1. 
 
 
 Figura 1 – Objeto dourado 
 
Fonte: Os Autores (2021) 
 
 
Utilizando de um ajuste linear extrapolado, foi possível observar a temperatura 
Inicial e final da água no momento que foi inserido o objeto Dourado no sistema, 
conforme figura 2. 
 
 
Figura 2 – Ajuste linear objeto dourado 
 
Fonte: Os Autores (2021) 
 
 
2.2.Objeto Preto 
 
Utilizando os dados obtidos do experimento, podemos observar via gráfico o 
comportamento da temperatura da água com o objeto preto, conforme figura 3. 
Figura 3 – Objeto preto 
 
 
Fonte: Os Autores (2021) 
 
Utilizando de um ajuste linear extrapolado, foi possível observar a temperatura 
Inicial e final da água no momento que foi inserido o objeto preto no sistema, conforme 
figura 4. 
Figura 4 – Ajuste Linear objeto preto 
Fonte: Os Autores (2021) 
2.3.Objeto Prata 
Utilizando os dados obtidos do experimento, podemos observar via gráfico o 
comportamento da temperatura da água com o objeto prata, conforme figura 5. 
 
Figura 5 – Objeto Prata 
Fonte: Os Autores (2021) 
 
Utilizando de um ajuste linear extrapolado, foi possível observar a temperatura 
Inicial e final da água no momento que foi inserido o objeto prata no sistema, conforme 
figura 6. 
 
Figura 6 – Ajuste linear objeto prata 
Fonte: Os Autores (2021) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3. EQUAÇÃO 
 
 
O Calor trata-se de uma energia térmica em trânsito de um corpo para o outro 
como resultado da diferença de temperatura entre esses dois corpos, podemos representar 
esse conceito através da seguinte equação: 
 
 
𝑄 = 𝑀 . 𝐶 . ∆𝑇 (1) 
 
Onde: 
Q = Calor [ j ]; 
M = Massa [ kg ]; 
C = Calor Específico do material [ J/kg.K ]; 
∆𝑇 = Variação de temperatura. [ K ] 
 
 
Como o intuito do experimento é quantificar o Calor Específico dos objetos 
metálicos colocados dentro da água, teremos que fazer algumas analises. Em primeiro 
momento consideramos apenas quando a água estava no Becker. Sendo assim, temos a 
variação de calor do sistema para o ambiente, o que pode ser igualado com a variação de 
calor da água para o ambiente. 
 
∆𝑄𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 → 𝐴𝑚𝑏𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 = ∆𝑄á𝑔𝑢𝑎 → 𝐴𝑚𝑏𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 (2) 
 
 
No segundo momento, quando a peça metálica foi inserida junto a água do Becker, 
a variação do calor do sistema para o ambiente pode ser igualada com a variação de calor 
da água para o ambiente somada a variação de calor da agua para o metal junto a variação 
do metal para a água (pois o que um ganha é o mesmo que o outro perde). 
 
 
∆𝑄′𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 → 𝐴𝑚𝑏𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 = ∆𝑄′á𝑔𝑢𝑎 → 𝐴𝑚𝑏𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 + ∆𝑄á𝑔𝑢𝑎 → 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙 +
 ∆𝑄𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙 → á𝑔𝑢𝑎 (3) 
 
 
 
 
 
 
Considerando que a massa de água dentro do Becker é maior que a das peças 
metálicas utilizadas no experimento. No momento que o metal é acrescentado a água a 
transferência de calor do sistema para o ambiente é mínimo, sendo assim, consideramos 
que a transferência de calor do sistema com o metal tanto como transferência de calor do 
sistema sem o metal, será constante. 
 
 
∆𝑄𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 → 𝐴𝑚𝑏𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 = ∆𝑄′𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 → 𝐴𝑚𝑏𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 (4) 
 
∆𝑄𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 → 𝐴𝑚𝑏𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 = ∆𝑄′á𝑔𝑢𝑎 → 𝐴𝑚𝑏𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 (5) 
 
Sendo assim, substituiremos a equação 3 e 4 na equação 2. Temos: 
 
∆𝑄𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 → 𝐴𝑚𝑏𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 = ∆𝑄á𝑔𝑢𝑎 → 𝐴𝑚𝑏𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 + ∆𝑄á𝑔𝑢𝑎 → 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙 +
 ∆𝑄𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙 → á𝑔𝑢𝑎 (6) 
 
Logo, substituindo a equação 1 na 5. Temos:∆𝑄𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 → 𝐴𝑚𝑏𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 = ∆𝑄𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 → 𝐴𝑚𝑏𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 + ∆𝑄á𝑔𝑢𝑎 → 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙 +
 ∆𝑄𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙 → á𝑔𝑢𝑎 (7) 
 
Considerando que a soma da variação de calor da água para o metal somada com 
a variação de calor do metal para a água é igual a zero: 
 
0 = 𝑄á𝑔𝑢𝑎 → 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙 + ∆𝑄𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙 → á𝑔𝑢𝑎 (8) 
 
Usando da equação 1, podemos observar que: 
 
0 = 𝑀𝑎. 𝐶𝑎(𝑇𝑓𝑎 − 𝑇𝑖𝑎) + 𝑀𝑚. 𝐶𝑚(𝑇𝑓𝑚 − 𝑇𝑖𝑚) (9) 
 
Onde: 
Cm: Calor Específico Metal 
Ma = Massa Água [kg] 
Ca = Calor específico da água [kJ/ kg.K] 
Tfa = Temperatura Final água [°C] 
Tia = Temperatura inicial água [°C] 
Mm = Massa Metal [kg] 
Tfm = Temperatura Final Metal [°C] 
Tim = Temperatura Inicial Metal [°C] 
 
 
E por fim, para a obtenção do Calor Específico do metal, temos: 
 
𝐶𝑚 = − 
𝑀𝑎 . 𝐶𝑎(𝑇𝑓𝑎 − 𝑇𝑖𝑎)
𝑀𝑚 . (𝑇𝑓𝑚 − 𝑇𝑖𝑚)
 (10) 
 
 
 
 
4. CALOR ESPECÍFICO DOS OBJETOS 
 
 
 
Utilizando da equação 10, definida no tópico 3. É possível quantificar o calor 
específico de cada metal. 
 
 
 
 
4.1.Objeto Dourado 
 
 
𝐶𝑚 = −
𝑀𝑎 . 𝐶𝑎(𝑇𝑓𝑎 − 𝑇𝑖𝑎)
𝑀𝑚 . (𝑇𝑓𝑚 − 𝑇𝑖𝑚)
 
 
 
 
Onde: 
 
Cm: Calor Específico Metal (Dourado): 
Ma = Massa Água: 0,162 [kg] 
Ca = Calor específico da água: 4,192[kJ/ kg.K] 
Tfa = Temperatura Final água: 63,77 [°C] 
Tia = Temperatura inicial água: 65 [°C] 
Mm = Massa Metal: 0,093 [kg] 
Tfm = Temperatura Final Metal: 63,77 [°C] 
Tim = Temperatura Inicial Metal: 19,5 [°C] 
 
Sendo assim: 
 
 
𝐶𝑚 = −
0,162 . 4,192 (63,77 − 65)
 0,093 . (63,77 − 19,5)
 
 
 
𝐶𝑚 = −
0,162 . 4,192 (−1.23)
 0,093 . (44,27)
 
 
 
𝐶𝑚 = −
−0,8352
4.11711
 
 
 
𝐶𝑚 = 0,2028 [kJ / kg. K] 
 
4.2. Objeto Preto 
 
𝐶𝑚 = −
𝑀𝑎 . 𝐶𝑎(𝑇𝑓𝑎 − 𝑇𝑖𝑎)
𝑀𝑚 . (𝑇𝑓𝑚 − 𝑇𝑖𝑚)
 
 
 
 
 
Onde: 
 
Cm: Calor Específico Metal (Preto): 
Ma = Massa Água: 0,172 [kg] 
Ca = Calor específico da água: 4,192[kj / kg.K] 
Tfa = Temperatura Final água: 62,92 [°C] 
Tia = Temperatura inicial água: 64,35 [°C] 
Mm = Massa Metal: 0,0858 [kg] 
Tfm = Temperatura Final Metal: 62,92 [°C] 
Tim = Temperatura Inicial Metal: 18,75 [°C] 
 
Sendo assim: 
 
𝐶𝑚 = −
0,172 . 4,192 (62,92 − 64,35)
0,0858 . (62,92 − 18,75)
 
 
 
 
𝐶𝑚 = −
0,172 . 4,192 (−1.43)
0,0858 . (44,17)
 
 
 
𝐶𝑚 = −
−1,0310
3,7897
 
 
 
𝐶𝑚 = 0,2720 [kJ / kg. K] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4.3. Objeto Prata 
 
𝐶𝑚 = 
𝑀𝑎 . 𝐶𝑎(𝑇𝑓𝑎 − 𝑇𝑖𝑎)
𝑀𝑚 . (𝑇𝑓𝑚 − 𝑇𝑖𝑚)
 
 
 
 
 
Onde: 
 
Cm: Calor Específico Metal (Prata): 
Ma = Massa Água: 0,153 [kg] 
Ca = Calor específico da água: 4,192 [kJ/ kg.K] 
Tfa = Temperatura Final água: 62,35 [°C] 
Tia = Temperatura inicial água: 64,1 [°C] 
Mm = Massa Metal: 0,0302 [kg] 
Tfm = Temperatura Final Metal: 62,35 [°C] 
Tim = Temperatura Inicial Metal: 16,25 [°C] 
 
Sendo assim: 
 
 
 
 
𝐶𝑚 = −
0,153 . 4,192 (62,35 − 64,1)
 0,0302(62,35 − 16,25)
 
 
 
 
 
 
𝐶𝑚 = −
0,153 . 4,192 (−1.75)
 0,0302 (46.1)
 
 
 
 
𝐶𝑚 = − 
−1,122
1,39222 
 
 
 
 
 
𝐶𝑚 = 0,80 [kJ/kg. K] 
 
 
 
 
 
 
CONCLUSÃO 
A partir do método conseguimos aprender como o calor específico de um material 
é calculado na prática através de experimentos e programas que auxiliam na obtenção dos 
dados. 
Esse método apresenta os conceitos abordados na aula, assim melhorando a 
compreensão e facilitando o entendimento.