Relatorio Capacidade Calorifica UERJ

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Capacidade Calor´ıfica
Alunos: Pedro Ventura Paraguassu´ , Victor de Jesus Valada˜o , Lucas Nicholas ,
Vinicius Grennhalgh , Caio Cezar de Carvalho Pontes
Prof: Davi Ferreira de Oliveira
Curso: F´ısica
Disciplina: Introduc¸a˜o a Termodinaˆmica (Laborato´rio)
1 Introduc¸a˜o Teo´rica
O calor espec´ıfico de uma substancia nada mais e´ do que a quantidade de calor que um corpo
necessita para aumentar sua temperatura em +1 ℃, em um grama dessa substancia. Cada
substancia possui o seu calor espec´ıfico que e´ diferente de uma substancia para outra. A segunda
lei da termodinaˆmica diz: “Em um ambiente isolado, o calor cedido por uma substancia tem
que ser igual ao calor recebido por outra” e havera´ troca de calor entres eles ate´ que o equil´ıbrio
seja estabelecido. Um dos me´todos para se descobrir o calor espec´ıfico de uma substancia
e´ o “me´todo das misturas” que consiste em “misturar” corpos com temperaturas diferentes,
mas conhecendo essas temperaturas. Esse procedimento deve ser feito em um ambiente isolado
(calor´ımetro utilizado na pra´tica – cobre por dentro, isopor por fora, dois furos, um pro agitador
e outro para o termoˆmetro).
A quantidade de calor ∆Q que e´ absorvida ou libertada quando um corpo e´ aquecido ou
arrefecido e´ proporcional a` variac¸a˜o de temperatura ∆T e a` sua massa m,
∆Q = cm∆T
O fator de proporcionalidade c, o calor espec´ıfico do corpo e´ uma quantidade que depende
apenas do material. Quando um determinado corpo A troca energia na forma de calor (Q) com
um corpo B, A quantidade de calor ∆Q que e´ absorvida ou libertada pelo sistema depende das
condic¸o˜es em que se executa o processo. Para os corpos que recebem calor ∆Q > 0 e para
os que cedem ∆Q < 0. Para a completa compreensa˜o do nosso estudo, o conceito de sistema
fechado tambe´m e´ extremamente importante. Entende-se por sistema fechado aquele que na˜o
troca energia com o ambiente. De acordo com a “Lei Zero da Termodinaˆmica”, quando dois
ou mais corpos com diferentes temperaturas esta˜o em um sistema fechado, ambos trocam calor
ate´ que atinjam a mesma temperatura, ou seja, ate´ que o equil´ıbrio te´rmico se estabelec¸a. Para
n corpos em um sistema fechado, a condic¸a˜o de equil´ıbrio te´rmico pode ser expressa na forma:
Q1 + Q2 + Q3 + ... + QN = 0
Na equac¸a˜o acima, a soma dos calores trocados e´ nula devido a` conservac¸a˜o de energia.
Sendo assim, o mo´dulo da quantidade total de calor cedido, e´ igual a` quantidade total de calor
recebido.
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2 Objetivo
A atividade realizada tem como objetivo principal a determinac¸a˜o do calor espec´ıfico de um
corpo de prova, a fim de verificar a composic¸a˜o doo material. O calor espec´ıfico e´ uma grandeza
f´ısica intensiva que define a variac¸a˜o te´rmica de certa substaˆncia ao receber determinada quan-
tidade de calor.
3 Materiais e Metodologia
Os materiais utilizados no experimento aqui descrito foram um be´cher de 500ml, um calor´ımetro,
uma balanc¸a digital utilizada para medidas de pequenas massas, um resistor e o corpo de prova
no qual se quer determinar o calor espec´ıfico.
Como inicio da atividade mede-se a massa do be´cher vazio na balanc¸a digital, em seguida
coloca-se 250ml de a´gua no be´cher e novamente mede-se sua massa. Com os valores das massas
obtidos, pode-se determinar a massa da a´gua subtraindo o valor da massa do be´cher cheio com
a do be´cher vazio. Finalizada esta etapa, despeja-se a a´gua no calor´ımetro e em seguida aguarde
o equil´ıbrio te´rmico para enta˜o medir a temperatura inicial do sistema T1.
Pegue o corpo de prova e mec¸a sua massa . Coloque novamente 250ml de a´gua no be´cher e
mergulhe o corpo de prova. Utilizando o resistor, aquec¸a a a´gua ate´ entrar em ebulic¸a˜o e em
seguida mec¸a a temperatura da a´gua T2, considerando que corpo de prova esteja em equil´ıbrio
te´rmico com a a´gua. A etapa seguinte consiste em retirar o corpo de prova do be´cher e coloca-lo
imediatamente no calor´ımetro. Apo´s o corpo atingir o equil´ıbrio te´rmico com o calor´ımetro,
mede-se a temperatura final do sistema Tf . Finalizada a parte experimental, tratam-se os
valores obtidos de acordo com os conceitos teo´ricos.
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4 Ca´lculos
4.1 Medidas
4.1.1 Medida 1
Capacidade te´rmica do calor´ımetro= C = 150J/K
c(h2o) = 4186J/Kg.K
Massa do be´cher : 142, 5g
Massa do be´cher com a´gua: 374, 4g
Massa da a´gua : 204, 9g
Massa do corpo : 28, 4g
Temperatura inicial do calor´ımetro: 24,7 ℃
Temperatura do corpo : 98,5 ℃
Temperatura final (corpo dentro do calor´ımetro): 26,5 ℃
Ccp = − (mc∆T1+C∆T2)mcp∆T2
Onde Ccp e mcp sa˜o o calor especifico e a massa do material em questa˜o (corpo de prova)
∆T1 = 26, 5 − 24, 7 = 1, 8℃
∆T2 = 26, 5 − 98, 5 = −72, 0℃
Ccp = − (0,2049×4186×1,8+150×1,8)−0,0284×72 = (1543,88052+270)2,0448 = 887, 069J/kg℃
Para o segundo experimento na˜o mudamos o material a ser definido , nem retiramos a´gua do
calor´ımetro, apena retiramos o material, esperamos aproximadamente 5min e fizemos outra medida
na temperatura inicial do calor´ımetro, repetimos o processo e anotamos os dados. E os dados coletados
foram bem parecidos
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4.1.2 Medida 2
Massa do be´cher :142, 5g
Massa do be´cher com a´gua: 374, 4g
Massa da a´gua : 204, 9g
Massa do corpo : 28, 4g
Temperatura inicial do calor´ımetro: 25, 1 ℃
Temperatura do corpo : 98,9 ℃
Temperatura final (corpo dentro do calor´ımetro): 26,8 ℃
Fazendo os ca´lculos para determinar Ccp :
Ccp = − (mc∆T1+C∆T2)mcp∆T2
∆T1 = 26, 8− 25, 1 = 1, 7℃
∆T2 = 26, 8− 98, 9 = −72, 1℃
Ccp = − (0,2049×4186×1,7+150×1,7)−0,0284×72,1 = (1458,10938+255)2,04764 = 836, 626J/kg℃
4.2 Tabela
Figure 1: Tabelta retirada de http://www.infoescola.com/fisica/calorimetria/
Os Valores da tabela que mais se aproximam ao experimental sa˜o o do Concreto e do Alumı´nio,
pore´m, sabemos que o objeto em questa˜o era meta´lico, oque sobra apenas a hipo´tese do alumı´nio.
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4.3 Desvio (erro) experimental percentual
Mede a diferenc¸a percentual entre medidas teo´ricas e experimentais, e´ dada por:
δ =
|xexp−xref |
xref
× 100
xref e´ o valor de refereˆncia, enquanto xexp e´ o valor experimental.
Na primeira Medida
δ = |887,069−900|900 × 100 = 1, 4367
Na segunda Medida
δ = |836,626−900|900 × 100 = 7, 0415
5 Conclusa˜o
Podemos perceber que a primeira experieˆncia foi mais precisa que a segunda, ocorreram dis-
crepaˆncias muito grandes apesar de uma leitura pouco diferente de um experimento para outro, talvez
pelo fato de na˜o trocarmos a a´gua do calor´ımetro, resultando em evaporac¸a˜o ou alguma outra forma
de variac¸a˜o na sua massa, ou ate´ mesmo demora a colocar o metal no calor´ımetro pode resultar
um uma diferenc¸a considera´vel pore´m podemos afirmar que o material em questa˜o se assemelha a`s
caracter´ısticas do Alumı´nio
6 Refereˆncias Blibiogra´ficas
• http://www.infoescola.com/fisica/calorimetria/
• INTRODUC¸A˜O A` FI´SICA DO ESTADO SO´LIDO - 2ª EDIC¸A˜O - IVAN S. OLIVEIRA , VITOR
L. B. DE JESUS.
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