Relatório6 capacidade térmica e calor específico

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Capacidade Térmica e Calor Específico
Caroline Rodrigues Prock¹
¹ Turma 19A do curso de Engenharia Ambiental e Sanitária
16 de julho de 2017
Resumo
 Este relatório visa proporcionar o conhecimento de Capacidade Térmica e de Calor específico, os quais permitem prever diversos aspectos de seu uso em aplicações do cotidiano. A capacidade térmica é proporcional à massa dos corpos. Essa proporcionalidade é definida por uma grandeza denominada calor específico (c), que é determinado pela razão constante entre a capacidade térmica e a massa de uma substância. O experimento em questão teve por objetivo obter a capacidade térmica de um calorímetro e o calor específico de sólidos.
1 Introdução 
A capacidade térmica determina a quantidade calor que um corpo precisa receber para alterar sua temperatura em uma unidade. Cada corpo comporta-se de forma diferente ao receber uma determinada quantidade de calor, como exemplo, na praia a areia e a água do mar estão submetidas à mesma fonte de calor, o sol, mas a areia fica muito mais quente do que a água. Isso acontece porque a areia e a água possuem capacidades térmicas diferentes.
A capacidade térmica caracteriza o corpo, não a substância que o constitui. Essa grandeza é proporcional a massa dos corpos, ou seja, corpos iguais com massas diferentes possuem capacidades térmicas diferentes. Essa proporcionalidade é definida por uma grandeza denominada calor específico, que é determinado como sendo a capacidade térmica dividida pela massa do corpo.
Neste trabalho, a capacidade térmica de um calorímetro e o calor específico de sólidos foram determinados a partir de medições das temperaturas de equilíbrio da água e de um corpo de alumínio e de um de ferro presentes dentro em um calorímetro após o aquecimento.
2 Teoria
Calor pode ser definido como o trânsito de energia térmica de um corpo para outro. Quando dois corpos são colocados juntos e chegam a mesma temperatura, após um intervalo de tempo, dizemos que eles estão em equilíbrio térmico e a temperatura final é chamada temperatura de equilíbrio. [01]
A capacidade térmica de um corpo qualquer pode ser definida através da seguinte relação:
 , onde (01)
C é a capacidade térmica de um corpo qualquer; 
Q é a quantidade de calor do corpo, e Δt é a variação de temperatura do corpo.
A quantidade de calor trocado (cedida ou recebida) por um corpo é proporcional a sua massa, do material de que é constituído o corpo e da variação de temperatura que o corpo sofre. [01] Esta quantidade de calor é representada pela seguinte equação:
 , onde (02)
Q representa a quantidade de calor;
m representa a massa do corpo;
c é o calor específico do corpo, e 
Δt é a variação de temperatura sofrida pelo corpo.
Vale ressaltar que se o valor de Q for menor que zero, o corpo cede calor; se Q for maior que zero, o corpo ganha calor. 
O equilíbrio térmico entre dois corpos ocorre quando suas temperaturas são iguais e quando os valores de Q recebido e Q cedido são iguais, em módulo. Com isso podemos escrever a seguinte relação: [01]
 (03)
Através dessa relação é possível obter o valor do calor específico de um corpo sabendo o calor específico de outro corpo, utilizando relações matemáticas básicas.
No experimento realizado, essa relação foi utilizada para obter o calor específico de um calorímetro, objeto com isolação térmica utilizado para estudar as trocas de calor entre corpos de diferentes temperaturas, para posteriormente obter a capacidade térmica do mesmo. Em seguida, utilizou-se o mesmo calorímetro para determinar o calor específico de do alumínio, utilizando-se um pequeno cilindro de alumínio como corpo de prova. 
mAF*cH2O*(TF-TIA) + C *( TF –TIA) = 
-mAQ* cH2O *( TF -TIQ) onde: (04)
mAF= massa de agua fria
cH20= calor especifico da água
TF= temperatura final (de equilíbrio)
TIA= temperatura inicial água ambiente
C=capacidade térmica do calorímetro
MIQ=massa inicial de água quente
TIQ=temperatura da água quente
mAF*cH2O*(TF-TIA) + C *( TF –TIA) = 
-mB* cB *( TF -TB) onde: (05)
MB=massa do bloco 
TB=temperatura do bloco 
CB= calor especifico do bloco
3 Métodos Experimentais
Materiais utilizados: 
Calorímetro;
Termômetro; 
Béquer;
Ebulidor elétrico;
Bloco de alumínio;
Bloco de ferro;
Água;
Carretel de linha.
Procedimentos:
 Parte 1 – Foi medido aproximadamente 50mL de água em temperatura ambiente, foi colocada no calorímetro, e aferiu-se a temperatura com o auxílio de um termômetro. Em seguida, mediu-se aproximadamente 80mL de água e aqueceu-a com ebulidor elétrico, e foi colocada no calorímetro até descobrir a temperatura de equilíbrio. Foi feita esse procedimento 3x e anotados os valores.
Parte 2 - mediu-se aproximadamente 100mL de água que foi colocada no calorímetro a uma temperatura ambiente. Mediu-se a massa de um bloco, colocou-se 150 ml de água no béquer e aqueceu-se com ebulidor, colocou o corpo de alumínio nesse mesmo béquer, utilizando uma linha para auxiliar a retirada do corpo do béquer para ser colocado no calorímetro. Em seguida, foi aguardado o equilíbrio térmico do corpo de alumínio e da água e medida a temperatura final.
Esse procedimento foi realizado para ambos os blocos, o de ferro e o de alumínio, e 3 vezes para cada.
4 Resultados e Discussão
Foi adotado o calor específico da água (cH20) como 1cal/gºC.
Os resultados obtidos na parte 1 foram anotados na tabela 1. 
	TIA (ºC) ± 0,5
	mAF (g) ± 0,01
	mAQ (g) ± 0,01
	TIQ (ºC) ± 0,5
	TF (ºC) ± 0,5
	20
	49,08
	75
	76,01
	52
	20
	52,96
	73
	75,64
	51
	20
	48,51
	68
	75,53
	48
Tabela1: resultados obtidos na primeira parte do experimento, sendo mAF=massa de agua fria, TF= temperatura final (de equilíbrio), TIA= temperatura inicial água ambiente, MIQ=massa inicial de água quente, e TAQ=temperatura da água quente.
Com esses resultados foi-se calculado a capacidade térmica (C) do calorímetro pela fórmula 04 e anotado na tabela 2.
	Repetição
	C (cal/ºC)
	01
	5,55
	02
	4,96
	03
	5,44
Tabela2: resultados para Capacidade Térmica (C) a partir dos resultados da Tabela1.
A capacidade térmica específica média do calorímetro foi de 5,32 cal/ºC. Iremos utilizar esse valor para a segunda parte do experimento.
Os resultados obtidos nos experimentos da parte 2 foram anotados nas Tabela3 e Tabela4.
As massas do bloco de alumínio e do de ferro foram, respectivamente, 30,72g e 87,59g, com incerteza de ± 0,01.
	mAF (g) ± 0,01
	TIA (ºC) ± 0,5
	TB (ºC) ± 0,5
	TF (ºC) ± 0,5
	TF (ºC) ± 0,5
	104,00
	20
	95
	25
	100,99
	20
	97
	25
	99,83
	19
	97
	24
Tabela3: resultados obtidos na segunda parte do experimento, sendo mAF=massa de agua fria, TF= temperatura final (de equilíbrio), TIA= temperatura inicial água ambiente, e TB=temperatura do bloco de alumínio quente.
	mAF (g) ± 0,01
	TIA (ºC) ± 0,5
	TB (ºC) ± 0,5
	TF (ºC) ± 0,5
	TF (ºC) ± 0,5
	99,06
	19
	96
	26
	96,99
	19
	96
	24
	98,27
	18
	96
	25
Tabela4: resultados obtidos na segunda parte do experimento, sendo mAF=massa de agua fria, TF= temperatura final (de equilíbrio), TIA= temperatura inicial água ambiente, e TB=temperatura do bloco de ferro quente.
Com os resultados da Tabela3 e utilizando a equação 05 foi obtido o calor específico do bloco de alumínio (cB) e anotado na Tabela5.
	Repetição
	cB (cal/ºC)
	01
	0,25
	02
	0,24
	03
	0,23
	Média
	0,24
Tabela5: resultados para o calor específico do bloco de alumínio.
Considerando que na teoria o valor o calor específico do alumínio é de 0,22 [02], tivemos um resultado satisfatório.
Com os resultados da Tabela4 e utilizando a equação 05 foi obtido o calor específico do bloco de ferro (cB) e anotado na Tabela6.
	Repetição
	cB (cal/ºC)
	01
	0,12
	02
	0,08
	03
	0,12
	Média
	0,11
Tabela5: resultados para o calor específico do bloco de ferro.
Considerando que na teoria o valor o calor específico do alumínio é de 0,11 [02], tivemos um resultadoextremamente satisfatório.
5 Conclusão
Ao analisar os resultados obtidos, concluiu-se que é possível calcular a capacidade térmica do calorímetro com o uso da água em temperatura de equilíbrio e depois a água aquecida. Consequentemente obtém-se calor específico do material utilizado (alumínio e ferro) e do calorímetro. Com isso, alcançou-se o objetivo do experimento. As metodologias e os passos utilizados são eficazes para o experimento prático estudado.
As poucas variações podem ser devido a possíveis erros de paralaxe ou precisão, erros humanos e erros devido ao ambiente.
Levando em consideração todo o experimento e possíveis erros, conclui-se que o experimento foi bem conduzido e chego ao esperado.	
6 Referências
[01] A. Tipler, Paul, Mosca Gene. Física para Cientistas e Engenheiros , Volume 1: Mecânica, Oscilações e Ondas, Termodinâmica, 6ª edição.
[02] Tabela de valor específico– Disponível em < http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/calor-especifico.htm> Acesso em 07 de julho de 2017.
[03] Júlio C. Ugucioni e Jefferson Tsuchida. Apostila de Laboratório de Fisica II. Lavras-MG