PRÁTICAS DE CALORIMETRIA

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PRÁTICAS DE CALORIMETRIA
 
 
 
Introdução:
 Neste relatório será apresentado três experimentos envolvendo o tema de calorimetria, que podem ser explicados como conjunto de técnicas e métodos dedicados á medição da quantidade de calor absorvido ou liberado num processo físico ou químico. Conforme veremos a seguir estudando os temas de dilatação térmica, propagação de calor e troca de calor.
Teoria: 
 Dilatação térmica: È a variação que ocorre no tamanho ou no volume de um corpo quando submetido a aquecimento térmico. Uma vez que os corpos são constituídos por átomos ligados entre si, a exposição ao calor faz com que eles se agitem, aumentem a distância entre si e inchem.
 A dilatação ocorre de forma mais significativa nos gases, de forma intermediaria nos líquidos e de forma menos explícitas nos sólidos. O coeficiente de dilatação térmica é α, e formula usada para calcular é: 
 
 Propagação de calor: A propagação do calor entre dois sistemas pode ocorrer através de três processos diferentes: a condução, a convecção e a irradiação.
 A condução térmica, é um processo lento de transmissão de energia, de molécula para molécula, sempre no sentido das temperaturas mais altas para as mais baixas.
 Na convecção térmica, as partes diferentes aquecidas de um fluido movimentam-se no seu interior devido ás diferenças de densidade das porções quente e fria do fluido. Tanto na convecção como a condução não podem ocorrer no vácuo, pois necessitam de um meio material para que possam ocorrer. 
 A irradiação, é a propagação de energia através de ondas eletromagnéticas. Quando a energia dessas ondas é absorvida por um corpo, identifica-se a agitação de suas moléculas, acarretando no aumento de temperatura. Esse tipo de propagação energética pode ocorrer no vácuo.
 Troca de calor: A troca de calor acontece quando dois ou mais corpos com temperaturas diferentes são colocados em contato em um mesmo ambiente (sistema isolado) e, depois de certo tempo, alcançam o equilíbrio térmico.
 As trocas de calor acontecem porque o calor é um tipo de energia que transita entre os corpos, ocasionando esse movimento, fato que acontece até que haja equilíbrio térmico entre ambos. Esse processo acontece porque os corpos sentem a necessidade de ceder e receber calor. 
 O princípio de trocas de calor possui o mesmo módulo, porém apresenta sinais contrários, ou seja, o corpo que recebe calor é positivo e o corpo que cede (perde) calor é negativo.
 A seguir, observe, a troca de calor que acontece com a água até chegar em equilíbrio 
 
 
 Corpos em equilíbrio, conhecido popularmente como água morna.
 
 
1º Prática:
 Dilatação e condução de calor.
1-Objetivo:
. Estudar o fenômeno de dilatação térmica;
. Estudar o fenômeno de condução de calor.
2-Materia utilizado:
1 Gerador de vapor; 
1 Dilatômetro linear;
1 Haste de cobre;
2 termômetros.
3. Procedimento prático:
 Com o auxílio de um gerador de vapor possuindo água em seu interior e acoplado a um dilatômetro linear, colocou-se uma haste de material desconhecido preso ao dilatômetro linear, coletou-se medida inicial da haste e final identificadas como Li e L, para que através de cálculo fosse encontrado o comprimento inicial identificado como L0.
 Colocou-se um termômetro na água do gerador de vapor com intenção de medir o ponto de ebulição da água que é de 100°C, e quando a água atingiu a referida temperatura já com o outro termômetro na haste tomou-se nota da temperatura inicial da haste e final identificados como t0 e t, e em manômetro acoplado a dilatômetro linear pôde-se ler a variação de medida do comprimento da barra identificado como ∆L. E também mediu-se o diâmetro da haste e o identificou como (D) 
 Assim após todo procedimento tomou-se nota de dados para realização de cálculos e conclusão.
4. Metodologia:
 Ao analisar a dilatação térmica de uma haste fina de comprimento inicial L0, á temperatura T0. Variando a temperatura desta haste para T, verifica-se que seu comprimento varia tendo um acréscimo de ∆L.
 Depois de observações foram realizados os seguintes passos:
 1º Com dados coletados, calculou-se o coeficiente de dilatação linear (α), através de equação α=∆L/L0 x ∆T.
2º Com o valor de α, através de pesquisas pôde-se encontrar tabela de coeficiente de dilatação linear e assim identificar o material do sólido.
3º Após nova pesquisa encontrou-se tabela de condutibilidade térmica (K) do material.
4º Com valor de K, através de calculo utilizando equação ø= -K A ∆T/L0, pode-se encontrar o fluxo de calor (ø). 
5. Dados:
	Li (mm)
	L (mm)
	L0 (mm)
	∆L(mm)
	T0(C°)
	T(C°)
	∆T(C°)
	D (mm)
	 11
	 494
	 483
	 0,62
	 25
	 98
	 73
	 7
 Para encontrar o valor de L0, usou-se L0= L – Li, logo temos L0= 494 – 11, que é igual a L0= 483. 
 Para encontrar o valor de ∆T, usou-se ∆T= T - T0, logo temos ∆T= 98 – 25, que é igual a ∆T= 73.
 Também utilizou-se o valor da condutibilidade térmica (K) que foi obtido através de pesquisa de tabela de condutibilidade térmica.
K= 372. 
 Os demais valores foram coletados em procedimento prático.
6.Cálculos:
6.1. Coeficiente de dilatação linear α:
α= ∆L/L0 x ∆T
Substituindo:
α= 0,62/483 x 73
α= 1,7 x 10-5
6.2. fluxo de calor ø:
Ø= -k A ∆T / L0
Substituindo:
Ø= -372 x 38,48 x 73 / 483
Ø= - 2164 cal
7. Conclusão:
 De acordo com os estudos aqui realizados concluiu-se que ao aumentar a temperatura de um corpo, aumenta-se a agitação molecular, e isso provoca um afastamento das moléculas, resultando no aumento das dimensões deste corpo, que pode ser descrito como o fenômeno de dilatação térmica. Também pôde-se notar que a dilatação e proporcional ao aumento de temperatura, mas não é a mesma para diferentes materiais, pois cada um tem o coeficiente de dilatação característico. 
 Notou-se também o aquecimento da haste através de condução de calor, pois através de mangueira conectada a gerador de vapor e haste houve um transporte do vapor quente que aqueceu a haste, ou seja, o calor foi conduzido até a haste.
 
2ºPrática:
 Propagação de calor.
1-Objetivo:
. Fazer uma análise qualitativa da convecção térmica e da radiação térmica.
2-Material utilizado:
.meios de propagação de calor
.Anteparo
.Folha de papel
.Termômetro
3-Procedimento prático:
 Com auxilio de um termômetro foi observado a temperatura exterior e interior do anteparo, foi feito a relação entre densidade e volume, posteriormente, foi colocado uma folha de papel em cima do anteparo sem que a mesma tocasse na hélice para comparar o fenômeno de equilíbrio térmico.
4-Explicação dos fenômenos observados:
4.1- Convecção
 O calor só se propaga se tiver pontos de temperatura diferentes, do lado de fora do anteparo foi observado com um termômetro uma temperatura menor, ou seja, mais densa, dentro do anteparo foi observado uma temperatura maior, ou seja, menos densa, oque ocorre quando deixamos o anteparo aberto é que o fluido mais denso tem a tendência de descer e o menos denso de subir, dessa forma ocorre troca de calor e mudança densidade, e esse fenômeno ocorre continuamente pelo fato do ambiente estar aberto, consequentemente fazendo que a hélice comece a girar esse transporte de massa continua é chamado de convecção.
4.2-Irradiação:
 A irradiação não tem a necessidade de ter um meio para que ele ocorra, basta um corpo ter a temperatura acima do zero absoluto, jáé o bastante per irradiar calor por ondas eletromagnéticas, porem ela depende de alguns fatores, como a forma do objeto, que pode interferir o fluxo de calor por irradiação, temos exemplo da lâmpada, o filamento da lâmpada que produz calor, mas a geometria da lâmpada na irradiação, isso se chama de fator forma. A irradiação também esta relacionada com a cor de um objeto, ou seja, cores mais escuras tendem absorver calor, cores claras tendem refletir calor. Quanto mais próximo da fonte maior a variação de temperatura no mesmo intervalo de tempo.
3º prática:
 Troca de calor.
1-Objetivo:
.Observar os principais fatores que ocorrem durante a troca de calor entre uma massa de água no estado sólido (gelo) e uma massa de água no estado líquido;
.Calcular o valor prático do calor latente de fusão do gelo.
2-Material utilizado:
1 Caixa de isopor com separação interna;
2 Termômetros;
.Gelo;
.Água.
3-Procedimento prático:
 Em uma caixa de isopor com separação interna colocou-se 486g de água quente identificada como (m água) em uma das separações, e na outra 200g de gelo identificada como (m gelo), logo após a tampou e a vedou devidamente para não sofrer influencias externas, foi introduzido um termômetro na água quente e outro no gelo através de furos na tampa, e coletadas as temperaturas iniciais da água identificada como (T0 água) e do gelo identificado como (T0 gelo), também foi coletado a temperatura inicial do recipiente de alumínio onde foi aquecida a água identificado como (T0 recipiente), observou-se as temperaturas do gelo e da água a cada trinta segundos até que as mesmas igualassem as temperaturas. 
 Assim após todo procedimento tomou-se nota de dados para cálculos e conclusões. 
4-Metodologia:
 Após recolhimento de dados fornecido pelo professor em sala de aula, obtivemos a tabela contendo dados, como segue no item de nº 5 (dados). Com isso prosseguiu-se ao procedimento prático que se resume no item de nº 3 (procedimento prático), após o procedimento foi observado que as temperaturas do gelo e da água foram mudando até que se igualaram em uma temperatura de 13°C, formando um equilíbrio térmico entre eles. Logo após executou-se os cálculos de variação de temperatura e de quantidade de calor em Q1, Q2, Q3, Q4,Q5 conforme apresentados no item de nº 6 ( cálculos), e em seguida calculou-se o color latente de fusão (Lf) usando a equação (mgeloxCgelo x∆t1)+(mgeloxLf )+(mgeloxCágua x∆t2)+(máguaxCágux∆t3)+(mrecip.xCaluminiox∆t4)=0. E com todo procedimento realizado e coletas de dados plotamos um gráfico da temperatura (T) X quantidade de calor (Q) conforme será apresentado em anexo.
5-Dados:
	mgelo (g) 
	t0 gelo (°C)
	mágua (g) 
	t0 água 
(°C)
	mrecipiente
 (g)
	t0 recipiente (°C)
	tfusão do gelo
 (g)
	t equilibrio térmico
(°C)
	200
	 -5
	486
	 52
	 24
	 -5
	 0
	 13
 
 Também foram utilizados os calores específicos do gelo, água e do alumínio material pela qual é feito o recipiente, temos então as seguintes medidas:
C gelo : 0,5 cal/g °C
C água: 1 cal/g °C
C alumínio: 0,22 cal/g °C 
6-Cálculos:
 1º calculou-se ás variações de temperatura onde:
∆t1 = t fusão – t gelo
∆t2 = t eq – t fusão
∆t3 = t eq – t0 água
∆t4 = t eq – t gelo 
Substituindo:
∆t1 = 0 – (-5) = 5
∆t2 = 13 – 0 = 13
∆t3 = 13 – 52 = -39
∆t4 = 13 – (-5) = 18
2º calculou-se a quantidade de calor onde:
Q1 = m gelo x C gelo x ∆t1
Q2 = m gelo x Lf
Q3 = m gelo x C água x ∆t2
Q4 = m água x C água x ∆t3
Q5 = m recipiente x C alumínio x ∆t4
Substituindo:
 Q1 = 200 x 0,5 x 5 = 500
Q2 = 200 x Lf
Q3 = 200 x 1 x 13 = 2600
Q4 = 486 x 1 x (-39) = - 18954
Q5 = 24 x 0,22 x 18 = 95,04
Não foi atribuído o valor de Q2 pôr não ter o valor de Lf que será encontrado no cálculo a seguir.
3º Calculou-se o valor de Lf teórico usado:
(mgeloxCgelo x∆t1)+(mgeloxLf )+(mgeloxCágua x∆t2)+(máguaxCágua x∆t3)+(mrecip.xCaluminiox∆t4)=0
Substituindo:
500 + (200 x Lf) + 2600 + (-18954) +95,04 =0
Lf =- 2600 + 18954 – 500 – 95,04 /200
Lf = 78,79 cal/g
Sendo assim temos:
Q2 = 200 x 78,79 = 15758
7-Conclusão: 
 Confirmando a teoria conclui-se que quando dois fluidos em temperaturas diferentes colocados em contato em um mesmo ambiente, o fluido que encontra-se em temperatura mais elevada sede calor para o fluido em temperatura mais fria até que os mesmos entrem em equilíbrio, ou seja igualem suas temperaturas.
 E também confirmou-se o sucesso do experimento através de resultado de calculo para encontrar o calor latente de fusão do gelo (Lf) prático, com o resultado de 78,79 cal/g que é bem aproximado do teórico que é de 80 cal/g, tendo em vista possíveis interferências externas de temperatura, e de rodizio em manuseio e observação das temperaturas efetuadas pelos alunos.