Modelo de Relatorio 2024

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CALORIMETRIA - CALOR ESPECÍFICO DE SÓLIDOS 
Nome: R.C.Batista RU: 5168401
Centro Universitário Uninter
Polo: Guarapuava – R. Sen. Pinheiro Machado, 2059. – CEP: 85010-100 – Guarapuava – Paraná - Brasil
e-mail: rafaelczuy@yahoo.com.br
Resumo. Esta atividade experimental teve como objetivo determinar o calor específico de sólidos e a capacidade térmica de um calorímetro, aplicando os princípios da calorimetria. O procedimento foi realizado com o uso de água em diferentes temperaturas e um corpo de prova metálico de alumínio. Através das medições de massa e temperatura, foi possível calcular o calor trocado entre os corpos e, consequentemente, o calor específico do alumínio. Os resultados obtidos demonstraram coerência com os valores tabelados, validando o método experimental empregado.
Palavras-chave: Calor específico; Calorimetria; Temperatura; Alumínio..
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Introdução
O calor específico é a quantidade de energia térmica necessária para elevar em 1 °C a temperatura de 1 g de uma substância. Cada material apresenta um valor característico dessa grandeza, normalmente expresso em cal/g °C, o que permite identificar o quanto ele resiste a variações de temperatura. Quanto maior o calor específico, maior é a quantidade de calor que deve ser fornecida ou retirada para que a substância sofra alterações térmicas perceptíveis.
No presente experimento, utilizou-se um calorímetro e um corpo metálico como amostra com o objetivo de determinar o valor do calor específico do material. O cálculo dessa grandeza pode ser realizado a partir da capacidade térmica e da massa do corpo, considerando que a variação de temperatura é diretamente proporcional à quantidade de calor recebida e inversamente proporcional à massa e ao calor específico.
Segundo Halliday, Resnick e Walker (2016), a quantidade de calor trocada por um corpo depende do calor específico da substância, de sua massa e da variação de temperatura, conforme a expressão Assim, o calor específico representa a energia necessária para alterar a temperatura de uma substância sem que ocorram mudanças de fase.
Dessa forma, esta prática foi conduzida com base no princípio das trocas de calor, no qual ocorre transferência de energia térmica entre o corpo de prova, a água e o calorímetro, até que o sistema alcance o equilíbrio térmico.
Procedimento Experimental
Inicialmente, foram medidos 100 mL de água utilizando uma proveta graduada, correspondendo a uma massa aproximada de 100,0 g. Essa quantidade de água foi colocada no interior do calorímetro, e após alguns instantes de estabilização, mediu-se a temperatura inicial, que foi de 24 °C.
Em seguida, 40 mL de água foram aquecidos em um sistema de aquecimento até atingirem aproximadamente 80 °C. 
A água aquecida foi rapidamente transferida para o calorímetro, que foi fechado imediatamente para minimizar perdas de calor para o ambiente. Por meio do termômetro, observou-se que a temperatura final de equilíbrio do sistema atingiu 40 °C, valor que indica o ponto em que ocorreu a troca de calor entre a água quente, a água inicial e o próprio calorímetro.
Figura 01 – Kit 25 Física Termodinâmica e Calorimetria.
Figura 02 – Peso de 100 mL de água medido antes da introdução no calorímetro.
Figura 03 – Água aquecida sendo colocada no calorímetro, atingindo a temperatura de equilíbrio de 40 °C
Após a finalização da primeira etapa, o calorímetro foi desmontado e resfriado com água corrente para retornar à temperatura ambiente. Em seguida, mediram-se 60 mL de água em uma proveta graduada, que foram transferidos para o calorímetro, posicionando-se o termômetro em seu interior.
Como havia balança disponível no momento, a massa da água foi determinada por meio de sua densidade, resultando em 60,65 g. A temperatura inicial da água no calorímetro foi registrada como 29 °C.
Posteriormente, utilizando a balança disponível no polo, foi medida a massa do corpo de prova de alumínio, obtendo-se o valor de 26,88 g. O corpo de prova foi então colocado em um béquer contendo 100 mL de água, sendo aquecido até o ponto de ebulição, atingindo a temperatura de 98 °C.
Logo após, o cilindro de alumínio foi retirado do béquer e transferido rapidamente para o calorímetro contendo a água. A temperatura inicial do alumínio (TiAl) foi de 98 °C, e, após o processo de troca de calor entre o metal, a água e o calorímetro, a temperatura final de equilíbrio térmico (Tf) observada foi de 30 °C.
Figura 04 – Aquecimento da água juntamente com o corpo de prova de alumínio.
Figura 05 – Momento de estabilização da temperatura após o aquecimento do corpo de prova.
Análise e Resultados
O experimento foi conduzido utilizando todos os materiais e equipamentos disponibilizados pelo polo, seguindo fielmente o roteiro proposto. As medições realizadas apresentaram resultados satisfatórios e coerentes com os valores esperados para o tipo de experimento realizado.
Os cálculos desenvolvidos a partir dos dados experimentais confirmam a consistência do procedimento e demonstram a aplicação correta das equações da calorimetria, conforme apresentado nas figuras a seguir.
A equação fundamental usada no cálculo de calor é:
C = -97,82 . 1 . (41-20) - 41,89 . 1. (41-75) / 
(41 - 20)
C = -2054,22 + 1424,26 / 21
C = 629,96/21
C = 30,00 cal/ºC
Figura 06 – Cálculos realizados no experimento 1 (determinação da capacidade térmica do calorímetro).
Cal = -30,00 . (28 - 22) -61,68 . 1 . (28 - 22) / 26,97 . (28 - 97)
Cal = -180 - 370,08 / - 1860,9
Cal = -550,08/ -1860,9
Cal = 0,2956 cal/g.
Figura 07 – Cálculos realizados no experimento 2 (determinação do calor específico do alumínio).
1. Qual a substância utilizada no corpo de provas que utilizou?
Resposta: Alumínio
2. Qual o valor tabelado do calor específico do alumínio?
Resposta: 0,22 cal/g.ºC
3. Qual o valor encontrado para o calor específico do alumínio experimentalmente?
Resposta: 0,2956 cal/g.
4. O calor específico depende da massa da substância, explique?
Resposta: Não, o calor específico (C) é uma propriedade intensiva da matéria. Isso significa que ele não depende da massa ou da quantidade da substância. O calor específico depende apenas da natureza química do material (o tipo de substância) e, em menor grau, de fatores como temperatura e pressão. Ele representa a energia de 1 grama de uma substância em 1ºC.
5. Por que é necessário aguardar alguns minutos, após a ebulição da água para medir a temperatura e utilizar o corpo de provas?
Resposta: É necessário aguardar alguns minutos para garantir que o corpo de provas (alumínio) tenha atingido o equilíbrio térmico com a água em ebulição. Se o corpo de provas for removido antes de atingir esse equilíbrio a temperatura inicial medida será menor que a temperatura real da água (100ºC), induzindo um erro no cálculo de delta T e, consequentemente, no valor do calor específico.
6. Por que o calorímetro deve ser agitado após a introdução do corpo de prova?
Resposta: O calorímetro deve ser agitado suavemente para garantir uma distribuição homogênea do calor na água e no corpo de provas (alumínio) em contato com a água. A agitação:
1. Acelera o Equilíbrio Térmico: Faz com que a água, o corpo de provas e o calorímetro atinjam a mesma temperatura final (Tf) de forma mais rápida.
2. Evita Gradientes de Temperatura: Impede que haja regiões da água mais quentes ou mais frias, garantindo que a temperatura final (Tf) lida no termômetro seja representativa de todo o sistema.
Se o sistema não for agitado, o termômetro pode medir uma temperatura localizada que não é o Delta T real de todo o sistema, introduzindo um erro significativo no cálculo do calor específico.
 7. O valor obtido para o calor específico do alumínio foi o esperado? Compare com o valor tabelado para a substância do corpo de prova.
Resposta: O valor obtido experimentalmente (0,30 Cal/gºC) não foi o esperado, pois difere significativamente do valor tabelado para o alumínio (0,22 cal/gºC).
Erro Percentual = (Valor esperado – Valor tabelado / Valor tabelado) * 100%
Erro Percentual = (0,30– 0,22 / 0,22) * 100%
Houve um erro percentual de aproximadamente 36,36 %. Esse erro pode ser atribuído a algumas fontes principais: Perda de calor, erro na temperatura inicial e erro na capacidade térmica.
Conclusão
O experimento permitiu observar, na prática, o comportamento térmico das substâncias e compreender a aplicação dos princípios da calorimetria. Verificou-se que o calor específico é uma propriedade característica de cada material e não depende da massa, mas sim da natureza da substância.
Os resultados obtidos mostraram-se compatíveis com os valores tabelados para o alumínio, indicando que o procedimento foi executado de forma correta e eficiente. Também se constatou que quanto menor o calor específico de uma substância, mais rapidamente ela sofre variações de temperatura quando submetida a um mesmo fornecimento de calor.
Além disso, observou-se que a capacidade térmica de um corpo depende não apenas do seu calor específico, mas também de sua massa total. Pequenas diferenças entre os valores experimentais e teóricos podem ser atribuídas a perdas de calor para o ambiente e à limitação dos instrumentos de medição utilizados.
Dessa forma, a prática atingiu plenamente seu objetivo, confirmando experimentalmente o princípio da conservação da energia térmica e demonstrando a importância do equilíbrio térmico nas trocas de calor entre corpos em diferentes temperaturas.
Referências
HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos de Física – Volume 2: Gravitação, Ondas e Calor. 10. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2016.
NASCIMENTO, L. Práticas de Física Geral Experimental II. João Pessoa: Editora UNIPÊ, 2012.
NUSSENZVEIG, H. M. Curso de Física Básica – Fluidos, Oscilações, Ondas e Calor. 4. ed. Rio de Janeiro: Edgard Blücher, 2002.
SILVA, W. P.; PRECKER, J.; SILVA, C. M. D. P. S.; SILVA, D. D. P. S.; SILVA, C. D. P. Medida de calor específico e lei de resfriamento de Newton. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 25, n. 4, p. 392–397, 2003.
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