RELATÓRIO 4

Prévia do material em texto

CAMILA FERREIRA SOARES 
 
 
 
 
 
 
 
 
LABORATÓRIO VI: 
TROCAS DE CALOR 
 
 
 
 
 
 
 
 
Trabalho apresentado à Disciplina de 
Laboratório de Física II, ministrada pelo 
Profª.: Kelli Cristina Aparecida Munhoz, 
como requisito parcial de avaliação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SINOP 
MAIO/2016 
LABORATÓRIO VI 
TROCAS DE CALOR 
1. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
O calor é a energia transferida de um sistema para outro em virtude da diferença 
de temperatura. No século XVII, Galileu, Newton e outros admitiram a teoria dos 
atomistas gregos da antiguidade que consideravam o calor manifestação do movimento 
das moléculas. No século seguinte, desenvolveram-se métodos para a medição das 
quantidades de calor que saíam ou entravam de um corpo e a que entrava em outro 
quando havia contato térmico entre ambos. Esta descoberta levou à formulação da teoria 
do calórico, que considerava o calor uma substância material que se conservava. Neste 
modelo teórico, um fluido invisível, o “calórico”, passava de um corpo para outro e não 
podia ser criado nem destruído. 
A teoria do calórico dominou até o século XIX, quando se descobriu que o atrito 
entre dois corpos podia gerar quantidades ilimitadas de calor. A ideia de o calórico ser 
uma substância que se conservava foi então abandonada. A teoria moderna do calor 
começa a se formular no decênio de 1840, quando James Joule (1818-1889) mostrou 
que o ganho ou a perda de uma certa quantidade de calor era acompanhada pelo 
desaparecimento ou aparecimento de quantidade equivalente de energia mecânica. O 
calor, portanto, não se conserva, mas é uma forma de energia, e é a energia a grandeza 
que se conserva. 
O calor específico de um corpo pode ser medido aquecendo-se este corpo até 
uma temperatura conhecida e depois colocando-o num banho de água de massa e 
temperatura conhecida e depois colocando-o num banho de água de massa e 
temperatura conhecidas, medindo-se a temperatura final de equilíbrio. Se o sistema 
(corpo e banho de água) estiver isolado termicamente das suas vizinhanças, o calor que 
o corpo cede é igual ao calor que a água e o vaso que a contém recebem. Este 
procedimento de medida é a calorimetria, e o vaso de água termicamente isolado é um 
calorímetro. 
Equação 1 
𝑄 = 𝑚𝑐∆𝑇 
Onde: 
𝑄 = Quantidade de energia térmica necessária para elevar a temperatura de um corpo 
(cal); 
𝑚 = massa do corpo (g); 
∆𝑇 = Variação de Temperatura no sistema (𝑇𝑓 − 𝑇𝑖) (ºC); 
Quando se fornece calor a uma amostra de gelo a 0 ºC, a temperatura do gelo 
não se altera. O gelo, porém, se funde. Este é um exemplo de mudança de fase. A 
energia térmica necessária para fundir uma amostra de massa m de uma substância sem 
alteração da sua temperatura é proporcional à massa da substância. 
Equação 2 
𝑄 = 𝑚𝐿 
Onde: 
𝐿 = calor latente; 
Obs.: para este experimento foi utilizado a escala de temperatura Celsius, a 
unidade de massa gramas e quantidade de energia térmica cal mas no Sistema 
Internacional, tem-se escala de temperatura Kelvin, unidade de massa quilogramas (kg) 
e quantidade de calor kcal. 
 
2. OBJETIVOS 
O objetivo deste experimento é calcular a quantidade de calor que a água quente 
perde e o que a água fria ganha, calcular a quantidade de calor perdida pelo resfriamento 
da água, determinar a massa de gelo fundida, calcular o calor absorvido pelo gelo para 
se fundir e calcular o calor específico de um sólido. 
 
3. MATERIAIS 
 Calorímetro; 
 Termômetro; 
 Água quente; 
 Água fria; 
 Gelo; 
 Béquer; 
 Sólido de massa conhecida; 
 
 
4. METODOLOGIA 
Calor perdido pela água em resfriamento 
Coloca-se em um copo de isopor 𝑚1 = 150g de água fria e mede-se a 
temperatura. Posteriormente, coloca-se em um béquer 𝑚2 = 50g de água quente e 
mede-se a temperatura. Mistura-se a água quente com a água fria e mede-se a 
temperatura final. 
Calor de fusão 
Coloca-se 𝑚1 = 100g de água à temperatura ambiente no calorímetro. Quebra-
se um pedaço de gelo e junta o mesmo à água. Mede-se a temperatura somente quando 
depois que o gelo se fundir. 
Determinação do calor específico 
Para se determinar o calor específico, coloca-se 𝑚1 =200 g de água fria 
(temperatura 𝑇1) em um béquer e coloca-o em um calorímetro. Suspende-se um sólido 
de massa conhecida (𝑚2) por meio de um fio de modo que ele fique mergulhado na 
água contida no béquer. Mede-se a temperatura. 
Em outro béquer coloca-se água quente (temperatura 𝑇2), eleva-se o sólido pelo 
fio, sem retirá-lo da água, mede-se a temperatura 𝑇2 na superfície da água, coloca-se o 
sólido rapidamente no calorímetro, mede-se a temperatura de equilíbrio térmico e anota-
se. Contendo, portanto, todos os dados necessários calcula-se o calor específico do 
sólido. 
 
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
Calor perdido pela água em resfriamento 
Com a Equação 1, tomou-se o resultado da quantidade de calor da água quente e 
da água fria. Após medida as temperaturas obtiveram-se como resultado temperatura 
inicial da água quente: 𝑇𝑖á𝑞 = 59 º𝐶, temperatura inicial da água fria 𝑇𝑖á𝑓 = 15 º𝐶 e 
temperatura final, a temperatura resultante da adição de água quente com a água fria: 
𝑇𝑓 = Á𝑞 + Á𝑓 ∴ 𝑇𝑓 = 26 º𝐶. Sabendo-se que o calor específico da água é 𝑐 =1 
cal/gºC, toma-se como Quantidade de Calor da água fria: 
𝑄á𝑓 = 150 × 1 × (26 − 15) ∴ 𝑄á𝑓 = 150 × 1 × (11) ∴ 𝑄á𝑓 = 1650 𝑐𝑎𝑙 
Toma-se como Quantidade de Calor da água fria: 
𝑄á𝑞 = 50 × 1 × (26 − 59) ∴ 𝑄á𝑞 = 50 × 1 × (−33) ∴ 𝑄á𝑓 = −1650 𝑐𝑎𝑙 
Para calcularmos a quantidade de calor que a água fria ganhou e que a água 
quente perdeu, basta somar as quantidades de calor quente e fria e teremos e variação da 
quantidade de calor 
∆𝑄 = 𝑄á𝑓 + 𝑄á𝑞 ∴ ∆𝑄 = −1650 + 1650 ∴ ∆𝑄 = 0 𝑐𝑎𝑙. Sendo assim, a variação da 
quantidade calor é de 0 cal. 
Calor de fusão 
Com a Equação 1 e Equação 2, determina-se a quantidade de calor perdida no 
resfriamento da água, a massa de gelo fundida e o calor absorvido pelo gelo para se 
fundir. Sabe-se que o latente de fusão é de 𝐿 = 80 cal/g. Após medições, constatou-se 
que 𝑇𝑖 = 25 ºC (água na temperatura ambiente) e 𝑇𝑓 = 19 ºC (temperatura da água após 
o gelo se fundir), assim ∆𝑇 = 𝑇𝑓 − 𝑇𝑖 ∴ ∆𝑇 = −6 º𝐶. A quantidade de calor perdida 
pelo resfriamento da água determina-se da seguinte maneira 𝑄á𝑎𝑚𝑏𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 = 100 × 1 ×
(−6) ∴ 𝑄á𝑎𝑚𝑏𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 = −600 𝑐𝑎𝑙. 
 Se Á𝑔𝑢𝑎 + 𝐺𝑒𝑙𝑜 = 0 ∴ 𝑄á𝑎𝑚𝑏𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 + 𝑄𝑙𝑎𝑡𝑒𝑛𝑡𝑒 (𝑔𝑒𝑙𝑜) + 𝑄𝑔𝑒𝑙𝑜 = 0 ∴ −600 +
𝑚 × 80 + 𝑚 × 1 × 19 = 0 ∴ −600 + 80𝑚 + 19𝑚 = 0 ∴ 99𝑚 = 600 ∴ 𝑚 =
600
99
∴
𝑚 = 6,06𝑔. Portanto, a massa de gelo fundida é de 6,06g. 
Para se determinar a quantidade de calor absorvida pelo gelo para se fundir 
basta, substituir os valores encontrados acima na Equação 2, determinando-se portanto: 
𝑄 = 6,06 × 80 ∴ 𝑄 = 484,80 𝑐𝑎𝑙. 
Determinação do calor específico 
Após medida a massa do sólido, temos que 
𝑄á𝑔𝑢𝑎 = 200 × 1 × (61 − 68) ∴ 𝑄á𝑔𝑢𝑎 = 200 × (−7) ∴ 𝑄á𝑔𝑢𝑎 = −1400𝑐𝑎𝑙 
𝑚á𝑞 = 200𝑔 
𝑇𝑖 = 68 ºC 
𝑇𝑓(𝑐𝑜𝑚 𝑜 𝑐𝑜𝑟𝑝𝑜 𝑚𝑒𝑟𝑔𝑢𝑙ℎ𝑎𝑑𝑜) = 61 ºC 
𝑚𝑠ó𝑙 = 133,151𝑔 
𝑇𝑓(𝑐𝑜𝑚 𝑜 𝑐𝑜𝑟𝑝𝑜 𝑚𝑒𝑟𝑔𝑢𝑙ℎ𝑎𝑑𝑜) = 16 ºC 
Se 𝑄á𝑔𝑢𝑎 + 𝑄𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜 = 0 tem-se que −1400 + 𝑚𝑠ó𝑙 × 𝑐𝑠ó𝑙 × (61 − 16) = 0 ∴ −1400 +
5991,795𝑐 = 0 ∴ 𝑐 =
1400
5991,795
∴ 𝑐 = 0,2336
𝑐𝑎𝑙
𝑔
º𝐶. Assim, o calor específico do sólido 
é 𝑐 = 0,2336
𝑐𝑎𝑙
𝑔
º𝐶. 
 
6. CONCLUSÃO 
Conforme especificado na fundamentação teórica, com este experimento 
pudemos comprovarque calor não se conserva, mas por ele ser um tipo de energia, esta 
energia se conserva. Neste caso, pode ser efetuado em um sistema, trocas de calor, onde 
se observou nitidamente através dos cálculos que em um sistema fechado essa energia é 
conservativa, porém há transição de calor, de um meio mais quente para um mais frio e 
vice-versa, que resulta em quantidades de calor que se anulam, ao entrar em equilíbrio 
térmico. 
 
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
TIPLER, P. A. Física: Para cientistas e engenheiros. 5ª. ed. Rio de Janeiro: LTC, 
v. I, 2006. 
http://www.sofisica.com.br/conteudos/Termologia/Calorimetria/trocas.php. 
Acesso em 27/05/2016.