Relatório - Trocas de Calor

Prévia do material em texto

EUDES APARECIDO ROLA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 LABORATÓRIO DE FÍSICA 2 Trocas de Calor 
 
 
 
 
Relatório de experimentos realizados, 
apresentado com o intuito de obtenção de nota 
parcial na disciplina de Laboratório de Física 2, 
do curso de Engenharia Elétrica, UNEMAT, 
campus Sinop. 
 Docente: Kelli Cristina Aparecida Munhoz. 
 
 
 
 
 
 
SINOP - MT 
Maio / 2016 
 
SUMÁRIO 
1. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ................................................................ 3 
1.1. Calor ...................................................................................................... 3 1.2. Calor sensível, calor latente e trocas de calor ....................................... 3 
2. OBJETIVOS ............................................................................................. 4 
3. MATERIAIS UTILIZADOS ........................................................................ 4 
4. METODOLOGIA ....................................................................................... 4 
4.1. Trocas de calor ..................................................................................... 4 4.2. Calor de fusão ....................................................................................... 5 4.3. Calor específico .................................................................................... 5 
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO ................................................................ 6 
5.1. Trocas de calor ..................................................................................... 6 5.2. Calor de fusão ....................................................................................... 6 5.3. Calor específico .................................................................................... 6 
6. CONCLUSÃO ........................................................................................... 6 
6.1. Trocas de calor ..................................................................................... 6 6.2. Calor de fusão ....................................................................................... 7 6.3. Calor específico .................................................................................... 7 
7. REFERÊNCIAS ........................................................................................ 7 
 
 
Página 3 de 7 
1. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
 1.1. Calor 
 Calor é o termo associado à transferência de energia térmica de um sistema a 
outro, ou entre partes de um mesmo sistema, o que possibilita essa transferência de 
energia térmica é a diferença de temperatura entre eles, em processos naturais a energia 
térmica tende a viajar do sistema com maior temperatura para o sistema de menor 
temperatura. Há em essência três formas de calor: calor por radiação, calor por convecção 
e calor por condução. Das três, a única que pode ocorrer no vácuo é o calor por radiação. 
No Sistema Internacional (SI) a unidade para medida de calor é o joule ( ܬ ) mas 
usualmente a caloria (݈ܿܽ) é a mais utilizada, uma caloria corresponde a 
aproximadamente 4,18 joules, também se faz uso da unidade britânica (ܤܷܶ) que 
equivale a aproximadamente 252,2 calorias. 
 1.2. Calor sensível, calor latente e trocas de calor 
 É denominado calor sensível, a quantidade de calor que tem como efeito apenas a 
alteração da temperatura de um corpo. Este fenômeno é regido pela lei física conhecida 
como Equação Fundamental da Calorimetria, que diz que a quantidade de calor sensível 
(ܳ) é igual ao produto de sua massa, da variação da temperatura e de uma constante de 
proporcionalidade dependente da natureza de cada corpo denominada calor específico, 
dada pela equação: ܳ = ݉ܥ∆ܶ, onde ܳ é a quantidade de calor sensível (݈ܿܽ ou ܬ), ܥ o 
calor específico da substância que constitui o corpo (cal/g°C ou J/kg°C), ݉ a massa do 
corpo (g ou kg) e ߂ܶ = variação de temperatura (°C). 
Calor latente é a denominação dada para a quantidade de calor necessária para a 
mudança de estado físico de um corpo, a quantidade de calor latente é dada pela equação 
ܳ௅ = ݉ܮ, onde ݉ é a quantidade de massa e ܮ a constante de proporcionalidade. 
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 trocam calor somente entre si, toda a energia térmica passa de um corpo ao outro. 
Como, ao absorver calor ܳ > 0 e ao transmitir calor ܳ < 0, a soma de todos os calores 
é nula, ou seja ߑܳ = 0. Sendo que as quantidades de calor podem ser tanto do tipo 
sensível como latente. 
 
Página 4 de 7 
2. OBJETIVOS 
  Calcular a quantidade de calor trocada entre uma porção de água fria e 
água quente. 
 Calcular a quantidade de calor absorvido por um bloco de gelo ao se 
fundir. 
 Encontrar o calor especifico de um sólido. 
 
3. MATERIAIS UTILIZADOS 
 01 Calorímetro. 01 Termômetro. 01 Bule elétrico. 01 Béquer. 01 Balança de precisão. 01 Porção de água fria. 01 Porção de água em temperatura ambiente. 01 Cubo de gelo. 01 Corpo de provas maciço. 
4. METODOLOGIA 
 4.1. Trocas de calor 
 Nesse experimento tem-se o objetivo calcular quanto calor é trocado ao se 
misturar uma porção de água fria com uma porção de água quente (aquecida utilizando o 
bule elétrico). 
Utilizando o termômetro, descobre-se a temperatura inicial de ambas as porções 
de água, e utilizando o béquer para medir volume, através da massa específica da água 
dada como 1݃/݉ܮ, descobre-se também a massa de ambas as porções, com esses dados 
já em mãos, se faz a mistura das duas porções de água no calorímetro, fechando-o logo 
em seguida, a fim de evitar que haja troca de calor do sistema com o ambiente, através de 
um orifício na tampa do calorímetro se introduz o termômetro, logo em seguida agita-se 
vagarosamente o calorímetro, buscaamdo uma mistura homogênea das porções de água 
em seu interior, após agitar, aguarda-se cerca de 60 segundos para que o termômetro 
estabilize sua medida, e então afere-se a temperatura final do sistema. 
Com a temperatura final do sistema, sabendo-se a temperatura inicial e a massa 
das porções de água, pode-se calcular quanto calor foi cedido/recebido por ambas as 
 
Página 5 de 7 
porções de água através da equação ܳ = ݉ܥ൫ ௙ܶ − ௜ܶ൯, e pode-se também encontrar qual 
deveria ser a temperatura final teórica através da equação ௙ܶ௧ = ்೔ಲಷ௠ಲಷା்೔ಲೂ௠ಲೂ௠ಲಷା௠ಲೂ . 
 
4.2. Calor de fusão 
 Nesse experimento tem-se o objetivo de calcular quanto calor é absorvido por um 
bloco de gelo ao se fundir com uma porção de água à temperatura ambiente, 
desconhecendo sua massa inicial. 
Utilizando o têrmometro decobre-se a temperatura inicial da porção de água à 
temperatura ambiente, utilizando também o béquer para medir volume, através da massa 
específica 1݃/݉ܮ, descobre-se também sua massa, a porção de água é então colocada no 
calorímetro, logo em seguida também é adicionado um bloco de gelo, de massa 
desconhecida, aguarda-se até que o gelo esteja totalmente derretido, agita-se então o 
calorímetro e afere-se a temperatura final do sistema. Através da relação de trocas de 
calor, onde ∑ ܳ = 0, então ܳ஺ + ܳீ஽ + ܳ௅ீ = 0, como ܳ = ݉ܥ∆ܶ e ܳ௅ = ݉ܮ, tem se 
que a massa do gelo é dada por ݉ீ = ି௠ಲ஼൫்೑ି்೔ಲ൯௅ಸା஼൫்೑ି்೔ಸ൯ , logo a quantidade de calor absorvida 
pelo gelo para se fundir também é dada pela equação ܳ = ݉ீܮீ. 
 
4.3. Calor específico 
 Nesse experimento tem-se o objetivo de calcular o calor específico de um corpo 
de provas maciço, de metal, com massa conhecida. 
Primeiramente afere-se a massa do corpo de provas utilizando a balança de 
precisão, logo em seguida o corpo de provas é mergulhado em um béquer com água à 
temperatura ambiente,buscando dessa forma encontrar a temperatura do corpo de provas 
utilizando o princípio do equilibrio térmico, aguarda-se então cerca de 2 minutos para que 
o sistema atinja o equilibrio térmico, define-se então a temperatura inicial do corpo de 
provas, pega-se então outro béquer, com água quente, e a coloca no calorímetro, através 
da massa específica 1݃/݉ܮ, calcula-se a massa de água quente, com o termômetro 
descobre-se também a temperatura inicial da água quente, logo em seguida o corpo de 
provas é submerso na água quente e o calorímetro fechado para evitar a troca de calor 
com o ambiente, aguarda-se então cerca de 5 minutos e afere-se a temperatura final do 
sistema. O calor especifico do corpo de provas é dado pela equação 
 ܥ஼ = ି௠ಲೂ஼ಲ൫்೑ି்೔ಲೂ൯௠಴൫்೑ି்೔಴൯ . 
 
Página 6 de 7 
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 5.1. Trocas de calor 
 Os resultados desse experimento estão expressos na tabela abaixo. 
 ݉ (݃) ௜ܶ (°ܥ) ௙ܶ (°ܥ) ܥ (cal/g°C) ܳ (݈ܿܽ) ௙ܶ௧ (°ܥ) Água quente (AQ) 100,0 14,5 36,5 1,00 3300,0 39,5 Água fria (AF) 150,0 77,0 −4050,0 
 
5.2. Calor de fusão 
 Os resultados desse experimento estão expressos na tabela abaixo. 
 ݉ (݃) ௜ܶ (°ܥ) ௙ܶ (°ܥ) ܮ (cal/g) ܥ (cal/g°C) ܳ (݈ܿܽ) Água (A) 150,00 27,5 
21,5 
* 1,00 −900,0 
Gelo (G) 8,87 0,0 80,0 * 709,5 
Gelo Derretido (GD) 8,87 0,0 * 1,00 190,5 
 
5.3. Calor específico 
 Os resultados desse experimento estão expressos na tabela abaixo. 
 ݉ (݃) ௜ܶ (°ܥ) ௙ܶ (°ܥ) ܥ (cal/g°C) ܳ (݈ܿܽ) Água quente (AQ) 150,00 81,0 71,5 1,000 1425,00 Corpo de provas (C) 133,06 26,5 0,238 1425,07 
 
6. CONCLUSÃO 
 6.1. Trocas de calor 
 Assim como descrito inicialmente, pode-se comprovar que, quando se tem uma 
redução na temperatura, o calor é perdido, de forma análoga, quando se tem um aumento 
na temperatura, o calor é absorvido, pode-se notar que a temperatura final teórica se 
aproxima da temperatura final experimental. 
Com os dados experimentais e a temperatura final teórica em mãos pode-se 
calcular o erro relativo, encontrado pela equação: ܧ்ܴ௙ = ฬ்೑೐ି்೑೟்೑೟ ฬ ∙ 100%. 
 ௙ܶ௘ (°ܥ) ௙ܶ௧ (°ܥ) ܧ்ܴ௙ (%) Temperatura final ( ௙ܶ) 36,5 39,5 7,59% 
O motivo do erro ser acima dos 5% esperados pode ser devido a vários fatores, o 
mais provável é que, tenha havido troca de calor entre o sistema e o ambiente, outro fator 
provável pode ser erros para determinar a massa e a temperatura das porções de água. 
 
Página 7 de 7 
6.2. Calor de fusão 
Assim como descrito inicialmente, pode-se comprovar que, para mudar de estado 
físico, o gelo absorveu grande quantidade de calor, comparando com a quantidade de 
calor absorvido para aumentar sua temperatura até atingir o ponto de equilíbrio. 
 
6.3. Calor específico 
 Com os resultados desse experimento, nota-se que o calor específico da água ainda 
é maior que o calor específico do corpo de provas, o que prova parcialmente a teoria de 
que a água é o elemento com maior calor específico da natureza. 
 
7. REFERÊNCIAS 
 Calor – Só Física. Disponível em: <http://www.sofisica.com.br/conteudos/Termologia/Calorimetria/calor.php>. Acesso em 17 de maio de 2016. Calor latente – Só Física. Disponível em: <http://www.sofisica.com.br/conteudos/Termologia/Calorimetria/calor2.php>. Acesso em 17 de maio de 2016. Trocas de calor – Só Física. Disponível em: <http://www.sofisica.com.br/conteudos/Termologia/Calorimetria/trocas.php>. Acesso em 17 de maio de 2016. Calor – Wikipédia, a enciclopédia livre. Disponível em: <https://pt.wikipedia.org/wiki/calor>. Acesso em 17 de maio de 2016. CALORIMETRO E AS TROCAS DE CALOR – Brasil ESCOLA. Disponível em: <http://brasilescola.uol.com.br/fisica/calorimetro-as-trocas-calor.htm/>. Acesso em 17 de maio de 2016. Como Calcular Erro Relativo – wikiHow. Disponível em: <http://pt.wikihow.com/Calcular-Erro-Relativo>. Acesso em 17 de maio de 2016. HALLIDAY, D., RESNICK, R., WALKER, J., Fundamentos de física. 6ª edição, vol. 2, editora LTC, 2006.