Relatório 5 - Troca de Calor

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS
FACULDADE DE TECNOLOGIA
ENGENHARIA DA COMPUTAÇÃO
RELATÓRIO 5:
TROCA DE CALOR
GUILHERME MATHEUS DE AGUIAR LIMA
FRANCISCO FELIPE BARROS DOS SANTOS
THALES ARAÚJO DE SOUZA
RIAN FAGNER DA SILVA FREITAS
RODRIGO GOMES PRINTES
MANAUS- AM
2023
GUILHERME MATHEUS DE AGUIAR LIMA - 21950880
FRANCISCO FELIPE BARROS DOS SANTOS - 22152031
THALES ARAÚJO DE SOUZA - 21950521
RIAN FAGNER DA SILVA FREITAS - 22152032
RODRIGO GOMES PRINTES - 219522820
RELATÓRIO 5:
TROCA DE CALOR
Quinto Relatório da Disciplina de Laboratório de Física
3E ministrado para o Curso de Engenharia da
Computação no período 2022/1.
PROFESSOR:
Dr. Joziano Rony de Miranda Monteiro
MANAUS- AM
2023
Sumário
1. Introdução 4
2. Fundamentação Teórica 5
2.1 Conceito 5
2.2 Casos de Flutuação 5
3. Procedimentos Experimentais 7
3.1 Material Necessário 7
3.2 Experimento: Princípio de Arquimedes e Densidade dos Líquidos e Sólido 7
4. Resultados e Discussão 9
4.1 Experimento 1 9
4.1.1 Tratamento de Dados 9
4.1.2 Questões 13
5. Conclusão 14
6. Referências 15
1. Introdução
Para que o estudo de trocas de calor seja realizado com maior precisão, este é
realizado dentro de um aparelho chamado calorímetro, que consiste em um recipiente
fechado incapaz de trocar calor com o ambiente e com seu interior.
Dentro de um calorímetro, os corpos colocados trocam calor até atingir o equilíbrio
térmico. Como os corpos não trocam calor com o calorímetro e nem com o meio em que se
encontram, toda a energia térmica passa de um corpo para outro. Como, ao absorver calor
Q>0 e ao transmitir calor Q<0, a soma de todas as energias térmicas é nula e as quantidades
de calor podem ser tanto sensíveis como latentes.
2. Fundamentação Teórica
2.1 Conceito
A troca de calor acontece quando há contato de dois corpos com temperaturas
diferentes em um mesmo ambiente, e depois de um certo tempo, entram em equilíbrio
térmico. Quando esses corpos estão em um mesmo ambiente, chamamos isso de sistema
isolado, ou conhecido também como calorímetro, onde é um sistema fechado que
impossibilita a troca de calor do conjunto do sistema com o meio que ele se encontra.
Figura 1: Desenho esquemático de um modelo de calorímetro.
(FONTE: https://images.nagwa.com/figures/979105450870/1.svg )
Para que esse experimento de trocas de calor seja preciso, este é realizado dentro de
um aparelho chamado calorímetro, que consta em um recipiente fechado, que é incapaz de
fazer troca de calor com o ambiente e com seu interior, e dentro desse recipiente, os corpos
são colocados, e assim trocam calor até atingirem o equilíbrio térmico, pois como os corpos
não trocam calor com o calorímetro e com o meio, toda a energia é transmitidas entre os
corpos.
Figura 2: Quando os corpos da figura estiverem na mesma temperatura, eles estarão em equilíbrio
térmico.
https://images.nagwa.com/figures/979105450870/1.svg
(FONTE:https://static.mundoeducacao.uol.com.br/mundoeducacao/conteudo_legenda/15601773155cf
e6aa376915-equilibrio-termico.jpg)
A troca de calor, possuem o mesmo módulo, mas com sinais contrários, ou seja, o corpo que
está recebendo calor, é positivo, e o corpo que está perdendo ou cedendo calor é negativo.
Essa troca ocorre porque o calor é um um tipo de energia que circula entre os corpos, dessa
forma ocorrendo o movimento, esse processo continua, até que haja equilíbrio térmico para ambos os
corpos, e isso acontece, porque os corpos sentem que há a necessidade de cederem e receberem calor.
A representação desse fenômeno na forma matemática é:
Qa = -Qb ou Qa + Qb = 0 onde ΣQ = 0
Onde:
Qa = quantidade de calor recebido.
-Qb = quantidade de calor perdido.
Q > 0 = absorver calor
Q < 0 = ceder calor
https://static.mundoeducacao.uol.com.br/mundoeducacao/conteudo_legenda/15601773155cfe6aa376915-equilibrio-termico.jpg
https://static.mundoeducacao.uol.com.br/mundoeducacao/conteudo_legenda/15601773155cfe6aa376915-equilibrio-termico.jpg
3. Procedimentos Experimentais
3.1 Material Necessário
● 1 calorímetro de 500ml
● 1 termômetro
● 1 béquer
● 1 aquecedor de imersão
● 1 haste de madeira
● 1 balança
● 1 cilindro de ferro
3.2 Experimento 1
Figura 3:Montagem do experimento. O calorímetro está representado em azul
1. Coloque 200g de água, , no calorímetro e anote a temperatura, , Anote seus𝑚
𝑐
𝑇
𝑐𝑖
dados na Tabela 1
2. Meça 200g de água, , com um béquer.𝑚
ℎ
3. Aqueça essa água até uma temperatura entre e . Anote essa medida, .70°𝐶 80°𝐶 𝑇
ℎ𝑖
4. Coloque esta água quente no calorímetro e, sempre agitando a mistura com uma haste
de madeira, anote a temperatura de equilíbrio, . Essa operação não deve ser muito𝑇
𝑓
demorada para que as perdas de calor para o ambiente sejam minimizadas.
(𝑚
𝑐
± ) 𝑔 (𝑚
ℎ
± ) 𝑔 (𝑇
𝑐𝑖
± ) °𝐶 (𝑇
ℎ𝑖
± ) °𝐶 (𝑇
𝑓
± ) °𝐶
Tabela 1: Tabela de Dados para o Experimento 1. Anote as incertezas
3.3 Experimento 2
1. Derrame a água de seu calorímetro e deixe-o esfriar por uns 10 minutos.
2. Enquanto espera, determine a massa do cilindro de latão, , mergulhe-o num béquer𝑚
𝑙
com água e ligue o aquecedor até que a água entre em ebulição.
3. Coloque 200g de água fria, , no calorímetro e anote a sua temperatura, .𝑚
𝑐
𝑇
𝑐𝑖
4. Retire o cilindro de latão da água fervente e coloque no calorímetro. Sempre agitando,
espere e anote a temperatura de equilíbrio térmico, .𝑇
𝑓
(𝑚
𝑐
± ) 𝑔 (𝑚
𝑙
± ) 𝑔 (𝑇
𝑐𝑖
± ) °𝐶 (𝑇
𝑙𝑖
± ) °𝐶 (𝑇
𝑓
± ) °𝐶
Tabela 2: Tabela de Dados para o Experimento 2. Anote as incertezas
4. Resultados e Discussão
4.1 Experimento 1
4.1.1 Tratamento de Dados
(𝑚
𝑐
± 0, 001 ) 𝑔 (𝑚
ℎ
± 0, 001 ) 𝑔 (𝑇
𝑐𝑖
± 0, 1 ) °𝐶 (𝑇
ℎ𝑖
± 0, 1 ) °𝐶 (𝑇
𝑓
± 0, 1 ) °𝐶
200 200 22,9 75 49,5
Tabela 1: Tabela de Dados para o Experimento 1. Anote as incertezas
Sabendo que, abstraindo-se as perdas, todo o calor cedido pelo sistema água quente + calorí-
metro foi absorvido pela água fria, determine a capacidade térmica do calorímetro por meio da
Eq.(6.2).
Para a capacidade térmica do calorímetro temos:
Qágua quente + Qágua fria + Qcalorímetro = 0.
Thi* + Tci* + Ccal*∆𝑇 ∆𝑇 ∆𝑇
75 * (49,5-22,9) + 22,9 * ( 49,5-75) + Ccal * (49,5-22,9) = 0
1995 - 583,95 + Ccal * -25,5 = 0
Ccal = -1995 + 583,5
-25,5
= -1441,05𝐶𝑐𝑎𝑙
-25,5
Cálculo do erro:
Ccal =∆ ∆𝑎𝑞𝑄𝑎𝑞 +
∆𝑐𝑖
𝑄𝑐𝑖 +
∆𝑐𝑎𝑙
𝑄𝑐𝑎𝑙⎡⎣ ⎤⎦ * 𝑐 =
0,01
−1441,05 +
0,01
−583,95 +
0,01
55,35⎡⎣ ⎤⎦ * 55, 35 
Ccal =∆ − 6, 93 * 10 −6 + − 1, 71 * 10 −5 + 1, 80 * 10 −4[ ] * 55, 35
Ccal = 8,6329 * 10∆ −3
= 55,35 8,6329 * 10𝐶𝑐𝑎𝑙 ± −3
4.2 Experimento 2
4.2.1 Tratamento de Dados
(𝑚
𝑐
± 0, 001 ) 𝑔 (𝑚
𝑙
± 0, 001) 𝑔 (𝑇
𝑐𝑖
± 0, 1 ) °𝐶 (𝑇
𝑙𝑖
± 0, 1 ) °𝐶 (𝑇
𝑓
± 0, 1 ) °𝐶
200 0,92 23,7 90 25,4
Tabela 2: Tabela de Dados para o Experimento 2. Anote as incertezas
Para o calor específico do latão usamos a equação (6.1) que especifica o Qtotal = 0
Assim temos:
𝑄𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟í𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 + 𝑄á𝑔𝑢𝑎 + 𝑄𝐿𝑎𝑡ã𝑜 = 0
𝐶𝑐𝑎𝑙. ∆𝑇 + 𝑚𝑐∆𝑇 + 𝑚𝑙∆𝑇 = 0 
55, 35 * (25, 5 − 23, 7) + 200 * 1 * (25, 5 − 23, 7) + 0, 92 * 𝑐 * (25, 4 − 90) = 0
94, 095 + 300 − 59, 432 * 𝑐 = 0
𝑐 = −394,095−59,432
Cálculo do erro :
∆𝑐 = ∆𝑄𝑐𝑄𝑐 +
∆𝑄𝑎
𝑄𝑎 +
∆𝑄𝑙
𝑄𝑙⎡⎣ ⎤⎦ * 𝑐 =
0,01
394,095 +
0,01
300 +
0,01
6,63⎡⎣ ⎤⎦ * 6, 63 
 = 2, 53 * 10 −5 + 3, 33 * 10 −5 + 0, 001508[ ] * 6, 63
 = 8, 4232 * 10 −12
𝑐 = 6, 63 ± 8, 4232 * 10 −12 𝑐𝑎𝑙/𝑔°𝐶 
Comparação do Valor encontrado com o tabelado:
Tabelado Experimental
0,09 cal/gºC. 6,63 cal/g°C
4.3 Questão
Quais as possíveis fontes de erro que afetaram o seu resultado, e quais as providências que
devem ser tomadas para que o resultado obtido seja mais preciso?
R: A sala estava com o ar-condicionado ligado o que influenciou na troca de calor além de
ocorrer um delay da retirada do cilindro da água quente e adicionar no calorímetro, cada
segundo perdido influenciou em nosso resultado gerando perdas de calor.5. Conclusão
Com base nos experimentos foi possível determinar a capacidade térmica do
calorímetro e o calor específico do latão. No experimento 2 existe um grau considerável de
erro devido a um problema técnico na retirada da barra de um recipiente para outro, ela
acabou trocando calor com um material externo. Fora isso ocorreu tudo dentro dos padrões e
conseguimos comprovar o princípio da trocar de calor.
6. Referências
TROCAS de calor. Só Física, c2023. Disponível em:
<https://www.sofisica.com.br/conteudos/Termologia/Calorimetria/trocas.php>. Acesso em 02
de fev. de 2023.
TROCA e propagação do calor. Brasil Escola, c2023. Disponível em:
<https://brasilescola.uol.com.br/fisica/propagacao-calor.htm>. Acesso em 02 de fev. de 2023.
TROCAS de calor. Mundo Educação, c2023. Disponível em:
<https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/trocas-calor.htm>. Acesso em 02 de fev. de 2023.