Experimento Calor Energia

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Experimento 05- Calor e Energia
Beatriz Pátria da Silva ¹,Diego Silva dos Santos²,João Vitor Santos de Oliveira ³,
Kalleb Leonardo dos Santos Silva ,Marcele Roberta Pereira Oliveira da Silva.4 5
Turma P01- FISD41-Fisica Geral II Experimental
Resumo
Na calorimetria ,tem-se o estudo do calor que é uma energia térmica em trânsito, no
relatório em questão foram observados conceitos como calor específico,capacidade
térmica, energia e temperatura . Os dados coletados foram retirados dos vídeos
disponibilizados no roteiro que indica as etapas de elaboração deste presente relatório.E
com isso, tal relatório foi elaborado e as questões propostas foram resolvidas.
Palavras chaves : Calorimetria,energia,temperatura,capacidade térmica,calor específico
,trabalho.
1.Introdução.
No estudo da calorimetria ,tem-se a temperatura que é uma das 7 grandezas
fundamentais do SI, tal grandeza se faz muito presente em equações da termodinâmica e
da calorimetria. A temperatura pode ser medida nas escalas Celsius ,Kelvin e Fahrenheit,
no entanto dentro do campo científico a temperatura mais usada é na escala Kelvin e no
cotidiano em quase todos os países do mundo se usa a escala celsius.
Na calorimetria , se observa que o calor pode ser definido como energia térmica em
trânsito , na qual ,quando se tem dois corpos o calor flui do corpo de maior temperatura
para o de menor temperatura ocorrendo o chamado equilíbrio térmico.
Figura 1. Esquema que representa o sentido do calor.
Fonte: Mundo Educação.
Ainda pensando em um sistema, a energia também pode ser transferida de um
sistema para o outro através do trabalho.
Dentro do estudo da calorimetria tem-se a capacidade térmica que pode ser
encontrada através da seguinte equação :
Q= m ∙ C∆T[Joule] .
Onde ,C , é a capacidade térmica de um objeto , na qual C é uma constante de
proporcionalidade entre o Q absorvido ou Q cedido por um objeto e a variação de
temperatura ∆T de um objeto.Com isso ,temos que cada corpo tem a sua própria
capacidade térmica. Outro ponto importante no estudo da calorimetria é o calor específico
que é o calor necessário para que cada grama de uma substância sofra uma variação de
1ºC em sua temperatura e esse tipo de calor é próprio também de cada substância
analisada.
Dessa forma, tais conceitos abordados darão base para a elaboração deste relatório
sobre calorimetria.
2.Objetivos.
● Observar o equilíbrio térmico;
● Determinar o equivalente da energia e do calor;
● Determinar o calor específico do alumínio.
● Elaborar gráficos relacionando a variação de temperatura pelo tempo de aquecimento de
um calorímetro.
3.Metodologia.
Para elaboração deste relatório o roteiro foi lido e em seguida o vídeo disponibilizado
da prática foi assistido e os dados foram coletados e colocados em uma tabela , foi
utilizado as equações aprendidas em aula e os gráficos foram gerados no Excel.
4.Resultados e discussões.
1º
Tabela 1.
Tempo (s) Temperatura (ºC) Tempo (s) Temperatura (ºC)
0 25,4 1740 75
60 25,5 1800 75,5
120 25,8 1860 75,8
180 26,6 1920 76,1
240 27,7 1980 76,3
300 28,9 2040 76,7
360 30,3 2100 76,8
420 31,8 2262 76,9
480 33,6 2280 76,9
540 35,4 2340 76,9
600 37,3 2400 76,9
660 39,3 2460 76,9
720 41,4 2520 76,9
780 43,3 2580 76,9
840 47,7 2640 72,7
900 48 2700 62,7
960 50,2 2760 63,8
1020 52,5 2820 65
1080 54,7 2880 66
1140 57,1 2940 66,7
1200 59,3 3000 67,1
1260 61,1 3060 67,5
1320 63,9 3120 67,8
1380 66,2 3180 68,1
1440 68,5 3240 68,3
1497 70,1 3300 68,5
1500 70,8 3360 68,7
1560 72,7 3420 68,8
1620 73,7 3480 68,9
1680 74,5 3540 69
3600 69,1
Gráfico 1.Temperatura(Cº) x Tempo(s)
Através do gráfico podemos perceber que a temperatura do sistema foi aumentando com
uma taxa de variação até o segundo 1497, a partir desse momento o aquecedor foi
desligado e a temperatura variou de forma mais lenta até entrar em equilíbrio térmico, no
segundo 2262, e permaneceu em equilíbrio até a barra de alumínio ser introduzida, no
segundo 2640, nesse momento a temperatura do sistema caiu, e logo após voltou a subir
para encontrar um novo estado de equilíbrio térmico.
2º sendo W=p.t a energia que o aquecedor fornece.E o calor absorvido Q =m.cágua . E∆𝑇
sabendo que 1cal = AJoule → valor[cal] = valor [Jaule]. Podemos encontrar o valor de A
1
𝐴
estabelecendo a relação abaixo ,onde:
i) Wfornecida = Qabsorvida.
ii) P ∙ t[Joule] = m ∙ cágua∆T[Joule] = A ∙ m ∙ cágua∆T[caloria]
iii) ∆Tágua = 76,9 - 25.4 = 51,5ºC
logo ,temos que , usando uma temperatura de 70.1ºC e sua cronometragem de 1497
segundos ,temos que :
Wfornecida = 628x1497=940116 J
Já o calor fica por conta do seguinte cálculo:
Qbsorvido = 4000x 1x51,5 = 206000Cal
Igualando as expressões temos que
940116 = 206000.A
A = 4,56
Agora iremos comparar com o valor teórico que equivale a 4,19 temos que
∆ = x 100% = 8,83% o que é condizente com a realidade ,pois a discrepância deve4,49−4,19| | 4,19| |
ser inferior ao aceitável que é 10%
DETERMINAÇÃO DO CALOR ESPECÍFICO DO ALUMÍNIO
Determine agora o valor do calor específico do alumínio. Para isso vamos igualar em
módulo, o calor recebido pela barra com o calor cedido pela água.
3º
Qabsorvido = mAl ∙ cAl(Tf,Al+água − Ti,Al) = 1809 x cAl x (69,2-25,5)= 79053,3cAl
Qfornecido = mágua ∙ cágua(Tf,Al+água − Tf,água) = 4000 x 1 x (69,2-76,9)= -30800
79053,3cAl=|-30800| assim cAl=0,39 cal/g°c.
Agora ,iremos calcular a discrepância.
∆ = x100% = 77%.0.3,9−0.22| | 0.22| |
Esse valor da discrepância pode estar relacionado com erros experimentais do tipo : Não
levar em conta a barra de alumínio nos cálculos e além disso a abertura do calorímetro.
4º
Levando em consideração a influência da caixa de alumínio nas trocas dentro do
calorímetro, temos que:
Qabsorvido = mágua . cágua (Tf,água - Ti, água) + mcaixa . cAl (Tf,água - Ti,água) =
(400 . 1 . 51,5) + (455 . 0,22. 51,5) = 211155,15
Igualando : Wfornecida = Qabsorvido
919768,8 = A . 211155,15
A = 4,36 J
∆ = x100% = 4,1 %.4,36 − 4,19| | 4,19 | |
Para o calor específico do alumínio deve-se considerar que o calor cedido a barra é:
Qfornecido = mágua . cágua (Tf,AL+água - Ti, água) + mcaixa . cAl (Tf,água - Ti,água) +
mcaixa . cAl(Tf,Al+água - Tf,água)
(4000 . 1 . (-7,7)) + (455 . 0,22 . (-7,7)) = - 31570,77
Igualando a Qabsorvido, tem-se:
79053,3cAl = = 0,41 cal/g ºC− 32726, 925| |
Comparando com o valor teórico cAl = 86%
∆ = x100% = 86 %.0,41 − 0,22| | 0,22 | |
5.Conclusão.
Sendo assim ,concluímos que o calor é energia térmica em trânsito e com as
observações experimentais podemos construir uma curva e com ela foi possível determinar
valores relacionados à energia da água por exemplo e de determinar o calor específico do
alumínio.Alguns erros experimentais relacionados a aproximações pode ter alguma relação
com a cronometragem do tempo que se relaciona com cada temperatura.
6. Referências Bibliográficas.
[1] H.M. Nussenzveig. Física Básica. 4ª ed v. 2.São Paulo: Editora Edgard
Blucher,2002.
[2]HALLIDAY, D.; WALKER, J.; RESNICK R. Fundamentos de Física. 8. ed., v2 .Rio
de Janeiro: LTC, 2009.
[3] MÉTODO DOS MÍNIMOS QUADRADOS.Fis Ufba. Disponível em :
http://www2.fis.ufba.br/dfg/fis2/Minimos_quadrados_MOD.pdf. Acesso em : 12 nov.
2021.
[4] TEORIA DE ERROS. Fis Ufba. Disponível em:
http://www2.fis.ufba.br/dftma/TeoriaDeErros2013v3.pdf. Acesso em 12 nov .2021.
http://www2.fis.ufba.br/dfg/fis2/Minimos_quadrados_MOD.pdf
http://www2.fis.ufba.br/dftma/TeoriaDeErros2013v3.pdf