Experimento Calorimetria (1)

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UFBA – Universidade Federal da Bahia
Curso: Engenharia Sanitária e Ambiental e Engenharia
Mecânica
Disciplina: FISD41
Professor: Elizane Efigenia de Moraes
Grupo: Ana Beatriz Martins, Daniele Souza, Eduarda Piton e
Vitória Figueiredo
CALORIMETRIA
Salvador, Bahia
2022
SUMÁRIO
Resumo…………………………………………………………………………………….03
Tratamento de dados……………………………………………………………………..03
Gráficos…………………………………………………………………………………….05
Conclusão………………………………………………………………………………….07
Referências………………………………………………………………………………...07
Resumo
O experimento foi realizado em laboratório, seguindo a divisão de grupos
estabelecida na primeira semana de aula e em cada mesa estava disponível um
isopor, uma caixa de alumínio, um termômetro e um aquecedor. Após explicação do
roteiro/passo a passo do tratamento de dados, as pesagens da caixa de alumínio
vazia, da caixa de alumínio com água, da barra de alumínio e a medição da
temperatura inicial tanto da barra quanto da água na caixa, o experimento foi
iniciado, assim como a coleta de dados. O objetivo primordial do experimento é a
determinação do equivalente entre caloria e Joule, e o calor específico do alumínio.
Além disso, com este experimento, pretende-se também observar o equilíbrio
térmico e elaborar gráficos relacionando a variação de temperatura pelo tempo de
aquecimento de um calorímetro, que nesse experimento é representado pela caixa
de isopor e cuba de alumínio. Após a realização das medições de gramatura e
temperatura dos objetos, a caixa de alumínio, já com água, foi colocada dentro do
isopor, juntamente com o aquecedor e o termômetro. Anotamos a temperatura inicial
da água, ligamos o aquecedor e fomos anotando a temperatura a cada 60s até que
ela atingisse 70°C. Ao atingir 70°C, o aquecedor foi desligado e o instante em que
isso ocorreu foi anotado. Em seguida, aguardou-se 3 minutos, registrando a
variação da temperatura até estabilizar para que fosse inserida a barra de alumínio
e assim pudéssemos calcular o calor específico do alumínio. Após a estabilização, a
barra foi colocada no interior do calorímetro e repetiu-se o primeiro processo: anotar,
a cada 60s, a temperatura, até que houvesse estabilidade no sistema. Após
registrada as informações, foi feito o tratamento de dados e o traçado do gráfico.
Tratamento de Dados
O tratamento de dados do experimento busca encontrar a relação entre as unidades
Joule e calorias, e o calor específico do alumínio. Posteriormente, adiciona-se mais
dados nos cálculos para encontrar a melhor forma de tratar os dados. Em todas as
etapas foi calculado o erro sistemático associado.
Dados utilizados:
mcaixa (g)= 446,00
mágua (g)= 4.391,00 - 446,00 = 3945,00
mbarra (g)= 1818,00
Potência do aquecedor (W)= 599,00
Ti,água (ºC)= 24,90
Ti,barra (ºC)= 25,00
Tf,água (ºC)= 71,50
Tf,água+barra (ºC)= 57,00
● Cálculo de equivalência das unidades Joule e caloria
Qfornecido (J) = Qabsorvido (cal) => P * t = mágua * Cágua * (Tf,água - Ti,água)
599 * 1161 = 3945 * 1 * (71,5 - 24,9)
695439 (J) = 183837 (cal)=>1 (cal) = 3,78(J)
● Desvio da equivalência
=> = 9,60%δ𝐴 = 𝑉𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 − 𝑉𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙𝑉𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜
|| || * 100 δ𝐴 =
4,18 − 3,78
4,18
|| || * 100
● Cálculo do calor específico do alumínio
Qfornecido = Qabsorvido => mágua * Cágua * (Tf,água - Ti,água) = mbarra * Cbarra *
(Tf,água+barra - Ti,barra)
3945 * 1 * (57,0 - 71,5) = 1818 * Cbarra * (57 - 25)
Cbarra = 0,98 (cal/g ºC)
● Desvio do calor específico
=> = 345%δ𝐶 = 𝑉𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 − 𝑉𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙𝑉𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜
|| || * 100 δ𝐶 =
0,22 − 0,98
0,22
|| || * 100
● Cálculo de equivalência das unidades Joule e caloria considerando a cuba
Qfornecido (J) = Qabsorvido (cal) => P * t = mágua * Cágua * (Tf,água - Ti,água) + mcaixa
* CAl * (Tf,água - Ti,água)
599 * 1161 = 3945 * 1 * (71,5 - 24,9) + 466 * 0,22 * (71,5 - 24,9)
695439 (J) = 188408 (cal) => 1 (cal) = 3,69 (J)
● Desvio da equivalência
=> = 12,00%δ𝐴 = 𝑉𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 − 𝑉𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙𝑉𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜
|| || * 100 δ𝐴 =
4,18 − 3,69
4,18
|| || * 100
Da primeira maneira o valor encontrado teve um erro sistemático menor que
da segunda maneira (9,60% < 12,00%), logo é mais próximo do valor teórico.
● Cálculo do calor específico do alumínio
Qfornecido = Qabsorvido => mágua * Cágua * (Tf,água - Ti,água) + mcaixa * Cbarra *
(Tf,água+barra - Tf,água) = mbarra * Cbarra * (Tf,água+barra - Ti,barra)
mágua * (Cágua / Cbarra) * (Tf,água - Ti,água) + mcaixa * (Tf,água+barra - Tf,água)
= mbarra * (Tf,água+barra - Ti,barra)
3945 * (1 / Cbarra) * (57,0 - 71,5) + 446 * (57,0 - 71,5) = 1818 (57 - 25)
Cbarra = 0,88 (cal/g ºC)
● Desvio do calor específico
=> = 300%δ𝐶 = 𝑉𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 − 𝑉𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙𝑉𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜
|| || * 100 δ𝐶 =
0,22 − 0,88
0,22
|| || * 100
Gráficos
Foi observado os seguintes valores:
Tabela 1 - Temperatura do sistema em função do tempo
Com os valores observados, foi obtido o seguinte gráfico:
Gráfico 1 - Relação entre tempo do aquecedor ligado e temperatura do sistema
CONCLUSÃO
Após a realização do tratamento de dados e comparação com os valores de
referência, foi encontrado o valor de 3,78 J para 1 cal com discrepância de 9,6%
para o valor teórico. Já para o calor específico do alumínio, foi encontrado 0,98 cal
g/°C com uma discrepância de 345%. Após a realização desses cálculos, foi
utilizado o método de correção de erro sistemático para recalcular o valor
equivalente e o calor específico e encontramos os seguintes resultados: para a
equivalência de calor e joule, 3,69 J = 1 cal, com discrepância 12% logo, o primeiro
valor encontrado foi mais satisfatório, pois apresentou discrepância menor. O calor
específico foi de 0,88 cal g/°C, com discrepância 300%, sendo, portanto, mais
satisfatório do que o primeiro resultado, pois obtivemos uma discrepância menor.
REFERÊNCIA
MORAES, Elizane. Atividade de Laboratório Experimental: Equivalente do Calor
e da Energia. Salvador, BA. 16 nov. 2022. PDF.