Capacidade termica de um calorimetro

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Capacidade térmica do calorímetro
Laboratório de Física Geral II – Turma “B”
Universidade Federal do Acre – UFAC
Jader Alves Do Couto
Leonardo Cunha
Caio de Sousa
Capacidade térmica do calorímetro
Relatório apresentado como requisito parcial para obtenção de nota na disciplina de Laboratório de Física Geral II Turma “B”, no curso de Licenciatura Plena em Física, na Universidade Federal do Acre - UFAC.
Orientador (a): Yanna Raquel Almeida da Costa
Rio Branco – AC
2016
Introdução
Este relatório fará a exposição dos procedimentos e resultados obtidos na sexta prática de Laboratório de Física Geral II, com objetivo de determinar experimental a capacidade térmica do calorímetro.
Teoria Experimental
O calorímetro é um aparelho isolado termicamente do meio ambiente e muito utilizado nos laboratórios de ensino para fazer estudos sobre a quantidade de calor trocado entre dois ou mais corpos de temperaturas diferentes. É um recipiente de formato bem simples, construído para que não ocorra troca de calor entre o mesmo e o meio ambiente. Existem vários formatos de calorímetro, mas todos são constituídos basicamente de um recipiente de paredes finas que é envolvido por outro recipiente fechado de paredes mais grossas e isolantes. O calorímetro evita a entrada ou saída de calor assim como na garrafa térmica, por exemplo.
 Nesse instrumento de estudo, são colocados dois acessórios: um termômetro e um agitador. Este último é muito utilizado quando se realiza estudos térmicos com líquidos como a água, por exemplo. Ele serve para agitar o sistema e fazer com que ele alcance o equilíbrio térmico mais rapidamente. Ao colocar dois corpos com diferentes temperaturas no interior de um calorímetro, acontecerá a troca de calor entre os mesmos até que o equilíbrio seja atingido. É muito comum falar que dentro de um calorímetro o calor cedido por um corpo é igual ao calor recebido pelo outro corpo. Através desta igualdade, podemos determinar várias grandezas térmicas de um material como, por exemplo, a capacidade térmica e o calor específico.
Calor 
 O calor nada mais é do que o trânsito da energia térmica de um corpo para outro. Quando os dois corpos chegam à mesma temperatura, dizemos que estão em equilíbrio térmico e a temperatura final é chamada de temperatura de equilíbrio. 
Capacidade térmica e calor específico sensível 
Os corpos e as substâncias na natureza reagem de maneiras diferentes quando recebem ou cedem determinadas quantidades de calor. Alguns esquentam mais rápido que os outros. É a isso que chamamos de capacidade térmica. Mas a capacidade térmica não é uma propriedade da substância, ela depende também da massa e do calor específico para ser calculada e pode ser resumida na seguinte fórmula:
Considerando c o calor específico sensível da substância de que o corpo é constituído. O calor específico pode ser definido como a capacidade térmica por unidade de massa e é uma característica da substância de que o material é feito. A capacidade térmica pode ser medida usualmente em cal/ºC e no Sistema Internacional em J/K, assim como o calor específico é medido usualmente em cal/gºC e, no Sistema Internacional em J/ kg K. 
Calor sensível 
Uma das consequências das trocas de calor, é a variação de temperatura do corpo. Para calcular essa quantidade de calor trocado é só usar a equação fundamental da calorimetria: 
Traduzindo: o calor sensível depende da massa (m), do calor específico (c) e da variação de temperatura do corpo (ΔT).
A propagação do calor 
O calor é uma forma de energia que se propaga do corpo mais quente para o mais frio. Esse processo pode ocorrer por três mecanismos diferentes: condução, convecção e a irradiação.
Condução 
 Predominante nos sólidos, nesse processo a transmissão de energia se dá molécula a molécula. Em alguns corpos, esse processo ocorre muito rapidamente, como por exemplo, os metais, e por isso eles são chamados de condutores térmicos, e em outros ocorre o contrário, como por exemplo, a madeira e a água. Esses são chamados de isolantes térmicos. 
Convecção 
 Exclusiva dos fluidos, ou seja, líquidos e gases, a transmissão de calor por convecção ocorre por meio da movimentação de massa fluida.
Irradiação 
 A irradiação é pode ocorrer no vácuo e também em meios materiais, e a sua transmissão é feita por intermédio de ondas eletromagnéticas. As ondas transmitem as energias que são absorvidas pelos corpos. Essa absorção provoca uma alteração no estado de movimentação das moléculas modificando, assim, a sua temperatura. 
Objetivo Geral
A partir do conceito de capacidade térmica de um corpo, assimilar o conceito de calor específico de uma substância e determinar a capacidade térmica de um calorímetro utilizando o método das misturas.
Objetivos Específicos 
Medir a capacidade térmica de um calorímetro.
Desenvolvimento 
Demostraremos agora como chegar na equação que usaremos para calcular o calor especifico dos dois matérias quando estão em equilíbrio térmico. Primeiramente devemos saber a equação que determina o calor sensível, sendo esta: 
Q= m c ∆t (Equação 1)
Onde Q é a quantidade de calor do corpo, m é sua massa, c seu calor especifico e ∆t a variação de temperatura.
Em um sistema isolado do meio externo, ou seja, quando não há troca de calor, a soma dos calores sensíveis dos pertencentes a este sistema é nula. No caso de se ter um calorímetro e mais dois corpos distintos, a equação calorimétrica será:
 (Equação 2)
Sendo que , são os calores sensíveis do calorímetro, do corpo A e do corpo B, respectivamente.
Substituindo a equação 1 na equação 2, temos:
Como queremos descobrir C, iremos agora isolá-lo obtendo assim:
TABELA 1
	[cal/(g.°C)]
	(g)
	(g)
	(°C)
	(°C)
	T(°C)
	0,22
	26,00
	150,00
	30,00
	99,00
	32,00
Agora usaremos os dados da tabela 1 acima para calcular a capacidade térmica do calorímetro com barra de alumínio dentro:
Usaremos a seguinte equação , substituindo os dados obtidos temos:
Metodologia
Barra de alumínio;
Pedaço de barbante;
Calorímetro com tampa;
Aquecedor elétrico;
Termômetro;
Água;
Dois béqueres de 250 mL;
Um béquer de 400 mL;
Uma seringa;
Uma balança digital com tara.
Conclusão
Dentro do objetivo proposto, conseguimos notar o calor específico e quantidade de calor de cada elemento do experimento. Podemos observar que mesmo em temperatura ambiente, a temperatura da água quando introduzida a amostra metálica, sofre variação. Os conceitos teóricos aprendidos em sala de aula sobre capacidade térmica e calor específico puderam ser assimilados na prática neste experimento a partir da variação de temperatura do conjunto, o que, também, ocorre com os corpos. Assim, entendemos que elementos em condições de temperatura diferentes, possuem quantidade de calor completamente distinta. Enquanto um corpo fornece calor o outro adquire, isto os torna diferentes quando nos referimos a quantidade de calor.
Alguns fatores nos impediu de obter um resultado adequado, pois o nosso recipiente não tinha uma tampa e a troca de calor com o ambiente era constante, logo não foi possível ter uma temperatura absoluta, já que estamos em um ambiente refrigerado onde havia uma grande quantidade de pessoas, o que leva a temperatura a mudar constantemente. O adequado seria ter um equipamento de precisão onde o frasco com água fosse tampado a vácuo, e onde não houvesse troca de calor com o ambiente ou a mínima troca possível.
Bibliografia
Calorimetria Disponível em: http://www.cdcc.usp.br/exper/medio/fisica/kit3_calorimetria/exp2_termo.pdf
Visitado em: 18 de julho de 2016.
Resumo de Calorimetria. Disponível em: http://guiadoestudante.abril.com.br/estudar/fisica/resumo-fisica-calorimetria-646800.shtml:
Visitado em: 18 de julho de 2016