CALOR ESPECÍFICO DOS MATERIAIS

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UNIVERSIDADE FEDERAL DA FRONTEIRA SUL
CAMPUS CERRO LARGO
ENGENHARIA AMBIENTAL E SANITÁRIA
DJAINA SIBIANI RIEGER
FLAVIA DA SILVA DALAVIA
MARINA R. VILELA
LORENA FONSECA MARINS
THAÍS CORDEIRO PRATES
EXPERIMENTO 2
CALOR ESPECÍFICO DOS MATERIAIS
CERRO LARGO
2017
Resumo
Introdução: O calor específico de um corpo é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de uma unidade de massa deste em um grau. Pode-se determinar este calor aquecendo-se o corpo até uma temperatura conhecida, transferindo-o para um banho em água (com massa e temperatura também conhecidas) no interior de um calorímetro e medindo-se a temperatura final do sistema em equilíbrio.
Objetivo: Calcular o calor específico de dois corpos formados por aço e por chumbo, e comparar os valores encontrados com os demais grupos e com o valor teórico destes elementos.
Resultados e discussões: Encontrou-se os valores do calor específico e os respectivos erros do chumbo e do aço que comparado ao valor da literatura se faz compatível, contudo houveram pequenas divergências entre os valores dos grupos, mas que em sua maioria teve concordância. 
Conclusão: Os resultados obtidos para o calor específico do chumbo e do aço foram compatíveis com os valores encontrados na literatura, contudo obteve-se um valor de erro significativo para ambos os corpos, evidenciando a presença de possíveis erros durante o experimento.
1. Introdução
O calor específico de um material consiste na quantidade de calor que é necessária para elevar a temperatura de uma unidade de massa do material em um grau e a razão entre este e a variação de temperatura nos dá a capacidade térmica do material (HALLIDAY, D, 2009). 
A capacidade térmica e o calor específico dos materiais podem ser determinados com o uso de um calorímetro, um aparelho com isolação térmica utilizado para estudar as trocas de calor entre corpos de diferentes temperaturas. Para medir o calor específico devemos primeiro aquecê-lo até uma temperatura conhecida. Depois, transferimos o objeto para um banho em água cuja massa e temperatura inicial também sejam conhecidas e por fim medimos a temperatura final do equilíbrio do sistema (o objeto, a água do banho e o calorímetro). Se o sistema estiver termicamente isolado do ambiente (isolando-se o calorímetro, por exemplo), então o calor liberado pelo objeto será igual ao calor absorvido pela água e pelo calorímetro (TIPLER,P et al, 2009).
Segundo a primeira lei da termodinâmica (conhecida como princípio de conservação de energia) se houver uma troca de calor entre os corpos isolados termicamente do meio externo, a quantidade de calor recebida pelos corpos que aquecem é igual à quantidade de calor cedida pelos corpos que sofreram um abaixamento da temperatura. Haverá troca de calor entre os corpos até todos atingirem a temperatura de equilíbrio (SONNTAG, B, 2013).
Usou-se esse princípio para calcular o calor específico do aço e do chumbo. Em um ambiente com temperatura estável (calorímetro) efetuou-se uma mistura de corpos com diferentes temperaturas, dispondo dos valores de massa e calores específicos correspondentes a cada um, a fim de calcular o valor do ganho e perda de calor de cada corpo utilizou-se a equação de transferência de calor.
Equação 1 - Transferência de calor 
	
Equação 2 - Calor específico da água mais calorímetro.
Se o corpo é quem transfere calor e os demais recebem, devemos utilizar o sinal negativo no calor específico dele. 
Já que a temperatura da água e do calorímetro é a mesma podemos reescrever esta equação:
Equação 3 - Calor específico para o corpo.
2. Objetivos
Calcular o calor específico de um corpo formado por aço e um corpo formado por chumbo, a fim de comparar os valores encontrados com os demais grupos e com o valor teórico destes elementos, além de discutir possíveis melhorias para a determinação do calor específico.
3. Resultados e discussões
Realizando a medição de massa dos corpos e das temperaturas, de cada conjunto, ao decorrer do roteiro proposto, obtivemos os seguintes dados: 
Tabela 1. Massa dos corpos utilizados no experimento.
	Material do corpo utilizado
	(Massa 1) g
	Chumbo
	50
	Aço
	50
Para adquirir o calor específico do corpo igualou-se o mesmo ao calor específico da água, porém consideramos também o recipiente onde os mesmos foram colocados, no caso o calorímetro, de forma que somamos o calor específico da água ao do calorímetro.
Sabendo que ao entrar em contato com a água o corpo transfere calor para ela fazendo com que suas temperaturas entrem em equilíbrio, é razoável considerar que quando todos os elementos (água, calorímetro e corpo) estão em contato as suas temperaturas são equivalentes. 
3.1 Calor específico do chumbo
Tabela 2. Medidas de temperatura efetuadas durante o uso do corpo de chumbo.
	Conjunto
	( Temperatura 0.5 ) ºC 
	Chumbo
	82.5
	Calorímetro + água 
	25.9
	Calorímetro + água + chumbo
	27.0
Para o cálculo do calor específico, temos:
Calculando o calor específico do chumbo, através da equação 3:
 
Propagando o erro do calor específico:
 
 +
Equação 4 - Propagação do erro para o chumbo
Onde:
Ca = Calor específico do aço
Cc = Capacidade térmica
 = Diferença de temperatura no conjunto calorímetro-água
= Diferença de temperatura no corpo
Admitindo que = e = , deve-se propagar o erro relativo as diferenças de temperatura:
 
Equação 5. Propagação do erro do calor específico de um corpo.
 
Substituindo os valores adequadamente, teremos a propagação do erro para o chumbo:
 0,0211962
Sendo assim, temos o valor calculado do calor específico encontrado para o corpo do chumbo.
 
3.2 Calor específico do aço
Tabela 3. Medidas de temperatura efetuadas durante o uso do corpo de aço.
	Conjunto
	( Temperatura 0.5 ) ºC 
	Aço
	77.5 
	Calorímetro + água 
	25.7
	Calorímetro + água + aço
	30.0
Para o cálculo do calor específico da peça de aço temos:
	Calculando o calor específico do aço, através da equação 3:
	
 
Propagando o erro do calor específico:
 
Equação 6 - Propagação do erro para o aço.
Onde:
Ca = Calor específico do aço
Capacidade térmica = C = m. Cc
Diferença de temperatura no conjunto calorímetro-água = 
Diferença de temperatura no corpo = 
Admitindo que = e = , deve-se propagar o erro relativo as diferenças de temperatura, com isso teremos uma equação idêntica a equação 5, substituindo os valores teremos:
 
Substituindo os valores adequadamente, teremos a propagação do erro para o aço:
 0.0271768
Sendo assim, temos o valor calculado do calor específico encontrado para o corpo do aço:
 
	Na Tabela 4 é possível comparar os valores específicos do chumbo e do aço encontrados com os dos outros dois grupos, e efetuar a comparação com os valores encontrados na Tabela A3 - Propriedades de alguns sólidos à 25°C disponível no Livro Fundamentos da Termodinâmica (8ª edição) de SONNTAG, B.
Tabela 4. Valores de calor específicos calculados em diferentes repetições para cada corpo. 
	
Grupo
	Calor Específico ()
	
	Aço
	Chumbo
	1
	
	
	2
	
	
	3
	0.09 0,001
	0.02 0,003
	Teórico
	0.11
	0,03
Verificando os intervalos encontrados pelos três grupos, percebe-se uma compatibilidade em sua maioria com o valor teórico do calor específico do aço e do chumbo, com exceção do grupo 3. 
3. Conclusões
	Os resultados obtidos para o calor específico do corpo composto por chumbo e o composto por aço foram de e , respectivamente.
Portanto ao efetuarmos a comparação do valor encontrado com os valores teóricos de cada material, sendo o calor específico teórico do chumbo igual a 0,03 e do aço igual a 0.11 percebe-se que houve compatibilidade. Contudo, obteve-se valores relevantes de erro associado ao valor de calor específico calculado para cada corpo
evidenciando a presença de possíveis erros durante o experimento. 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
TIPLER, P; MOSCA, G. Física para cientistas e engenheiros: Mecânica, Oscilações e ondas, Termodinâmica. Volume 1, Editora LTC - Livros Técnicos e Científicos Editora Ltda, 2009.
HALLIDAY, D; RESNICK, J, Fundamentos de física: Gravitação, ondas e Termodinâmica, Volume 2, Editora LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora Ltda, 2012.
SONNTAG, B. Fundamentos da Termodinâmica. 8ª edição, editora Blucher, 2013.