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Objetivos Determinar a capacidade calorifica de um calorímetro e o calor especifico de sólidos. Fundamentação Teórica Quando são colocados em contato dois ou mais corpos que se encontram em diferentes temperaturas, observa-se que, após certo intervalo de tempo, ocorre o equilíbrio térmico. Durante esse processo, há uma transferência de energia térmica dos corpos de maior temperatura para os de menor temperatura. O estudo da troca de calor entre os corpos é realizado em um calorímetro, que é um recipiente, construído para que não ocorra troca de calor entre o mesmo e o meio ambiente. Durante o processo de troca de calor, a quantidade de calor (Q) transferida é proporcional à massa (m) do corpo e a variação da temperatura (𝛥T). Algebricamente temos: 𝑄 = 𝑐 𝑚 ∆𝑇 Onde, c é o calor específico da substância. Vale lembrar que podemos definir a capacidade calorífica do corpo, como sendo: 𝐶 = 𝑐 𝑚 Sabendo que dentro de um calorímetro, os corpos colocados trocam calor até atingir o equilíbrio térmico e considerando Qcal, Qágua e Qx as quantidades de calor trocadas pelo calorímetro, pela água e pelo corpo x, respectivamente, podemos escrever a equação: 𝑄𝑐𝑎𝑙 + 𝑄á𝑔𝑢𝑎 + 𝑄𝑥 = 0 Material Utilizado Calorímetro; Balança; Termômetro; Aquecedor; Béquer; Materiais sólidos. 4. Procedimento Experimental 4.1 Determinações da capacidade calorífica C do calorímetro: a) Colocar no calorímetro certa massa de água ma (≈150g) a uma temperatura T0, ambiente, deixar o sistema entrar em equilíbrio e medir a temperatura T0; b) Aquecer outra quantidade de água m1 (≈150g) até iniciar o processo de ebulição. Ler a temperatura da água em ebulição antes de adicionar no calorímetro; c) Introduzir rapidamente a massa m1 de água no calorímetro, agitar a mistura e ler a temperatura Te máxima que o conjunto atinge; d) Repetir o experimento 3 vezes. 4.2 Calcular o calor específico dos sólidos: a) Colocar no calorímetro certa massa de água (≈150g) a temperatura ambiente, deixar o sistema entrar em equilíbrio e medir a temperatura T0; b) Medir na balança a massa do corpo; c) Aquecer separadamente o corpo cujo calor específico se quer determinar. Isso pode ser feito colocando-se o corpo imerso em um recipiente com água aquecida. A temperatura inicial do corpo deverá ser tomada como sendo igual à temperatura de estabilização do sistema água + corpo, após o início da ebulição da água; d) Introduzir rapidamente o sólido no calorímetro, agitar a mistura e esperar a temperatura estabilizar. Anotar o máximo valor de temperatura do conjunto e calcular o valor de cx; e) Repita o processo 3 vezes para cada sólido. Medidas mcal (g) mcal + ma (g) mcal + ma +maquente (g) T0 (ºC) Taquente (ºC) Te (ºC) 1 253,7 398,0 499,3 26 99 52 2 253,7 393,3 503,2 26 99 55 3 253,7 405,0 517,6 26 99 54 Resultados Tabela 1: Capacidade calorífica. Medidas mcal + ma (g) msólido (g) T0 (ºC) Tsólido (ºC) Te (ºC) Sólido I 1 397,5 116,8 26 99 30 2 408,8 116,8 26 99 29 3 398,2 116,8 26 99 29 Sólido II 1 408,5 48,5 26 99 28 2 403,5 48,5 26 99 29 3 398,7 48,5 26 99 27 Tabela 2: Calor especifico. Questionário Utilizando a tabela 1, calcular C e o desvio médio das medidas. Resolução: ΔQ=mcΔT=CΔT me ce (Taq – Te) = (ma x ca + C) (Te – To) C = me ca (Taq – Te) + ( ma x ca) Te – To Para o primeiro teste:ma = Massa da água= 144,3 g ca = Calor Específico da Água = 1cal/g me = Massa da agua quente = 101,3 g C = Calor Específico do Calorímetro = ? Cal/g Substituindo os valores na equação à cima encontraremos C = 38,78 cal/g Para o segundo teste: ma = Massa da água= 139,6 g ca = Calor Específico da Água = 1cal/g me = Massa da agua quente = 109.9 g C = Calor Específico do Calorímetro = ? Substituindo os valores na equação à cima encontraremos C= 27,145 cal/g Para o terceiro teste: ma = Massa da água= 151,3 g ca = Calor Específico da Água = 1cal/g me = Massa da agua quente = 112,6 g C = Calor Específico do Calorímetro = ? Substituindo os valores na equação à cima encontraremos C= 29,66 cal/g A media do calor especifico do calorímetro é 31,861 cal/g. Utilizando as equações 1, 2 e 3 e os dados da tabela 2, calcule o calor especifico dos sólidos. (Te – Ti) × (Ma × ca + C) = Msólido × csólido × (Tsólido – Te) Substituindo os valores encontrados na tabela 2 na equação acima, temos que: Cobre: Medida 1: csólido = 0,087 cal/ g ºC Medida 2: csólido = 0,068 cal/ g ºC Medida 3: csólido = 0,064 cal/ g ºC Alumínio: Medida 1: csólido = 0,10 cal/ g ºC Medida 2: csólido = 0,16 cal/ g ºC Medida 3: csólido = 0,05 cal/ g ºC Os valores tabelados para os calores específicos dos metais utilizados são: Alumínio = (0,215 ± 0,001) ( cal/g ºC); Cobre = (0,0923 ± 0,0001) (cal/g ºC). Compare seus resultados com os valores tabelados e verifique se há concordância. Justifique sua resposta. A media dos valores do cobre e alumínio obtidos na questão 2, foi diferente do tabelado da questão 3, não havendo concordância, o que pode ser justificado com algum erro de calculo ou leitura. Conclusão Neste experimento observamos que a capacidade calorífica é uma grandeza física que determina a variação térmica de um corpo ao receber determinada quantidade de calor. A capacidade térmica encontrada no questionário 1 existe uma variância devido a quantidade de agua nas 3 medidas não serem iguais. Já o calor especifico se trata de uma variação térmica de um dado material que recebera uma quantidade de calor. Notamos que ao preencher do Te , da segunda tabela a temperatura especifica após a junção do material solido aquecido com a agua em temperatura ambiente, a variância na temperatura é muito pouca, o que pode ser justificado devido o material não conseguir absorver o calor suficiente para transferir para o liquido. Referências bibliográficas Guia para Física Experimental I. Dr. Freitas Neto, Umbelino de . Dr. Silans, Thierry Passerat de João Pessoa. 2012 Site:http://pt.wikibooks.org/wiki/introdu%c3%a7%c3%a3o_%c3%a0_f%c3%adsica/capacidade_t%c3%a9rmica_e_calor_espec%c3%adfico
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