Roteiro II Calorimetria

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS - UFSCar 
Física Experimental C – Prof Fábio Ferri 
Turma D 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Roteiro Experimento II 
Calorimetria 
 
 
 
Caio Furlan 599832 
Danyelle Benatti 600040 
Nathália Mendes 600075 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
São Carlos, 17 de março de 2016 
 
OBJETIVOS 
Através do método discreto e por varredura encontrar-se-á a capacidade térmica do 
calorímetro e o calor específico dos sólidos. Sendo assim, aprofundando-se e discutindo 
conceitos fundamentais da termodinâmica relacionados às propriedades térmicas de 
substâncias e outras técnicas experimentais. 
FUNDAMENTOS TEÓRICOS 
Seja uma substância sem mudança de fase, a qual está recebendo uma quantidade de 
calor, ou seja, o objetivo é aumentar a temperatura, essa quantidade de calor pode ser 
quantificada, através de: 
 (1) 
Sendo: 
 ΔT: variação da temperatura sofrida pela substância 
 m: massa da substância 
 c: calor específico da substância (usualmente dado em cal/g oC) 
Um recipiente adiabático é um recipiente onde não há troca de calor com o ambiente, 
por exemplo, uma garrafa térmica ou um calorímetro, o último pode ser usado para 
medir o calor específico de substâncias, calor latente de fusão, calor de combustão, etc. 
Em um calorímetro de líquido, que pode ser feito com uma caneca metálica (adiabática) 
contendo uma quantidade de algum fluido conhecido. 
Sendo um processo adiabático, o balanço de troca de calor pode ser equacionado. Assim 
como nos dois exemplos a seguir: 
 
Método Discreto 
Temos que: 
 ( ) ( ) ( ) (2) 
Se é conhecido a capacidade térmica do calorímetro K, podemos calcular o calor 
específico de uma substância em conjunto com outra substância de calor específico 
conhecido, geralmente a água. Se não é conhecido o K, o mesmo pode ser descoberto 
usando duas substâncias de calor específico conhecido (como duas massas de água em 
diferentes temperaturas). 
Logo, se essa mesma substância de massa conhecida (ms) e calor específico (cs) é 
aquecido até uma certa temperatura (Ts) e colocada em conjunto com a água com massa 
e calor especifico conhecido, podemos então medir a temperatura final (T2) que é o 
calor perdido pela e o calor ganho pelo sistema água+calorímetro. 
Então: 
T2: temperatura final do calorímetro + água + substância 
ma, ms = massa da água e da substância 
ca: calor específico da água 
K: capacidade térmica do calorímetro 
 
Método de Varredura 
Seja um aquecedor elétrico fornecendo uma taxa constante de calor, como mostra a 
figura abaixo: 
 
Figura 1: Esquema do sistema experimental 
Então temos que: 
Δ = 𝑉𝐼𝑡 = cs (T2 − T1) + ca (T2 − T1) + K(T2 − T1s) (3) 
Sendo V: diferença de potencial aplicada no aquecedor. 
I: corrente elétrica 
t: tempo 
Para o cálculo da capacidade térmica (K = mccc) pode ser usado substâncias de calor 
específico conhecido e constante, como a água. 
Utilizaremos alguns valores de referência de calores específicos de alguns metais: 
Metal C (cal/g °C) 
 Cobre 0,093 
 Latão 0,094 
 Ferro 0,119 
 Alumínio 0,219 
 
MATERIAIS DISPONÍVEIS 
Sensor de temperatura, substâncias das quais se pode medir o calor específico 
(alumínio, ou cobre, ou latão, etc.), balança, calorímetro, água, sistema para 
aquecimento (chapa quente ou conjunto: aquecedor, variac, voltímetro e amperímetro 
ac). 
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
Determinação da capacidade térmica do calorímetro seguindo o método discreto 
a) Pesar ~ 350g de água, colocar no calorímetro e medir a temperatura T1 
(água+calorímetro). 
b) Pesar ~ 200g de água e aquecer, sem deixar a água entrar no processo de 
ebulição para que não ocorra mudança de fase. 
c) Após o aquecimento medir a temperatura Ts da água, após isso, coloca-la no 
calorímetro junto com a água anterior. 
d) Esperar a temperatura dos dois líquidos se estabilizar. Medir essa temperatura 
(T2) 
e) Determinar K do calorímetro. 
 
Determinação do calor específico dos sólidos fornecidos pelo método discreto 
a) Pesar ~ 350g de água, colocar no calorímetro e medir a temperatura T1 
(água+calorímetro). 
b) Pesar o sólido escolhido e colocar ele em um béquer de água quente e deixar 
por 3 minutos. 
c) Após tirar o sólido da água quente, medir sua temperatura (Ts) e colocar no 
calorímetro onde está a água. 
d) Esperar a temperatura do sólido+água+calorímetro estabilizar e medi-la (Ts). 
e) Calcular o calor específico da substância e identificar o material. 
 
Determinar capacidade térmica do calorímetro seguindo o método de varredura 
a) Pesar certa quantidade de água transferir para o calorímetro e medir sua 
temperatura. 
b) Ligar o sistema experimental de aquecimento; 
c) Regular a certa voltagem e começar a contar o tempo 
d) Anotar os dados de tempo, voltagem e temperatura, durante cerca de 20 minutos. 
e) Com o sólido estudado 
 
Determinar calor específico do sólido fornecido pelo método de varredura 
a) Pesar certa quantidade de água e medir sua temperatura e transferir para o 
calorímetro 
b) Pesar a amostra coloca-la no calorímetro, e medir a temperatura da água + 
calorímetro + amostra. 
c) Ligar o sistema experimental de aquecimento, observar e tomar os dados de 
temperatura, tempo, voltagem e corrente, durante cerca de 20 minutos. 
d) Construir um gráfico de potência elétrica X tempo, variação de temperatura X 
tempo, e calor X temperatura. 
e) Determinar o calor específico do sólido. 
f) Repetir para outro sólido.