Pratica 4 - Capacidade térmica e calor específico

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Universidade Federal do Ceará
Centro de Ciências
Departamento de Física
Capacidade térmica e calor específico
Aluno: Janaína do Nascimento Oliveira
Curso: Licenciatura em Física
Matrícula: 0321246
Professor (a): Thiago
 Fortaleza – CE, 2014.
SUMÁRIO
1 – Introdução___________________________________03
2 – Objetivo ________________________________________________ 03
3 – Material Utilizado _______________________________________03
4 – Procedimento e Resultado_________________________________04
5 – Questionário ___________________________________________05
6 – Conclusão______________________________________________07
7 – Bibliografia_______________________________________________07
1. Introdução
Calor é a energia transferida em um sistema para o ambiente e vice-versa devido a uma diferença de temperatura. Capacidade térmica de objeto é uma constante de proporcionalidade entre a quantidade de calor recebido ou cedido por um objeto e a variação de sua temperatura. Consideremos um sistema que receba uma determinada quantidade de calor (Q), que propicie uma mudança de temperatura (ΔT) sem mudanças de estado. Define-se como capacidade térmica (C) do sistema a relação:
Quando a quantidade de energia transferida em forma de calor para uma amostra faz com que esta mude totalmente de fase dizemos que o corpo recebeu um calor de transformação ou calor latente. Calor específico é a quantidade de calor necessária para elevar em 1°C atemperatura de 1g de uma substância, ou seja, calor específico (c) é a quantidade de calor (Q) dividido pelo produto da massa (m) pela variação de temperatura (ΔT), que é o mesmo que capacidade térmica (C) dividida pela massa.
Segundo a termodinâmica, quando corpos de diferentes temperaturas se aproximam em um sistema isolado, começa a haver transferência de calor. A soma das quantidades de calor recebida pelas substancias que eram mais frias é igual a quantidade de calor cedida pelas substâncias inicialmente mais quentes. A troca de calor persiste até que todo o sistema se encontre na mesma temperatura (equilíbrio térmico). Utilizando-se desse conhecimento é possível mensurar, de forma aproximada, o calor especifico de uma amostra, colocando dois corpos com temperaturas diferentes e conhecidas em um ambiente isolado (calorímetro). 
2.  Objetivos
Determinar a capacidade térmica de um calorímetro; 
Determinar o calor específico de vários sólidos; 
3.  Material
Calorímetro com agitador
Água; 
Amostras de ferro, alumínio e cobre; 
Balança 
Termômetro
Fonte de calor
 
4. Procedimento e Resultados
Procedimento 1: Determinação do equivalente em água do Calorímetro 
4.1. Foi posta uma massa m’ = 80 gramas de água no calorímetro à temperatura ambiente. Para isso, foram medidos numa proveta 80 mL de água. Foi anotado na tabela 1 a temperatura da água fria, neste caso a temperatura ambiente, t0. Usou-se sempre o termômetro digital com o calorímetro.
4.2 Foram medidos 100 mL de água que depois foram postos em um béquer para aquecer até aproximadamente 60 °C. A temperatura T da água aquecida foi anotada. Foram anotadas também as massas de água quente e de água fria.
4.3 A água aquecida foi posta no calorímetro contendo 80 g de água à temperatura ambiente.
4.4 Foi agitada a água do calorímetro utilizando o termômetro digital.
4.5 Depois do equilibrio térmico (cerca de dois minutos), anotou-se na tabela 1 a temperatura de equilíbrio, te. 
	M – massa de água quente
	M' – massa de água fria
	C0 – Calor específico da água
	T – temperatura da água quente
	To – temperatura da água fria
	100 g 
	80 g 
	1cal / g°C 
	61 °C 
	21,1 °C 
Tabela 1: Resultados experimentais para a determinação do equivalente em água do calorímetro 
	Te - temperatura final de equilíbrio 
	C = capacidade calorífica do calorímetro 
	41 °C 
	20,5 
4.6 Calcule acapacidade calorífica (equivalente em água) do calorímetro. Antes de repetir o procedimento, lembre-se de lavar o calorímetro em água corrente para que o mesmo retorne para a temperatura ambiente. A capacidade calorífica do calorímetro, pode ser calculada utilizando a equação abaixo:
C = [ mc0 x (T-te) - m'c0 x(te - t0) ] / (te - t0)
C = [ 100 X 1 X (61 - 41) - 80 X 1 (41 - 21,1) ] / (41 -21,1) = 20,5
O valor teórica da capacidade calorífica da calorímetro era 20, sendo assim o valor obtido na prática é aceitável pois teve um percentual menor do que dez por cento de erro.
Procedimento 2: Determinação do calor específico de várias substâncias. 
4.2.1 Colocar no calorímetro uma massa m’= 200 g de água, à temperatura ambiente t0. Anotar na tabela 2.
4.2.2 Aquecer a uma temperatura T (temperatura de ebulição da água) a substância cujo calor específico que se queira determinar.
4.2.3 Colocar no calorímetro, com rapidez, a substância em teste, para não haver perda de calor.
4.2.4 Agitando sempre, espere uniformizar a temperatura da “mistura” (de 3 a 4 minutos) e anote na tabela 2 a temperatura de eq., te.
4.2.5 Leve a amostra a uma balança digital e determine sua massa M, anote na tabela 2.
4.2.6 Repita o procedimento para as outras amostras. Lembre-se de lavar o calorímetro em água corrente para que o mesmo retorne a temperatura ambiente.
	Material 
	M (g)
	m' (g)
	Mo (g)
	T (ºC)
	To (ºC)
	T (ºC)
	C (Cal/gºC)
	Ferro 
	115,4
	200
	20
	97,5
	25,9
	30,4
	0,128
	Alumínio 
	59,4
	200
	20
	96,3
	26,1
	29,2
	0200
	Latão 
	105,4
	200
	20
	97,8
	27,6
	30,5
	0,089
Tabela 2: Resultados experimentais para a determinação do calor específico 
Obs: O valor do calor específico de cada uma das substâncias acima foi calculado utilizando os dados da tabela através da fórmula: c=((m’+m0).co.(te-to))/M(te-to).
 
5. Questionário
5.1 Lembrando que o calor específico da água é maior que o da areia, explique por que as brisas marítimas sopram, durante o dia, do mar para a terra, e, à noite, em sentido contrário. Discuta a influência destes fatos sobre o clima das regiões beira-mar.
R: Esse fato ocorre, pois de dia a temperatura da areia se eleva mais rapidamente que a da água, isso é explicado devido ao fato do calor específico da água ser maior, assim, é necessário maior quantidade de calor para elevar de 1º C a temperatura de certa massa de água, do que elevar de 1º C a temperatura da mesma massa de areia. As camadas de ar que estão em contato com a areia se aquecem mais, ficam menos densas e sobem. Seu lugar é ocupado pelo ar frio que está em contato com a água. Surge assim uma brisa, do mar para a praia. À noite, o movimento se inverte. Devido, ainda, aos diferentes valores de calor específico, a terra esfria mais rapidamente. A água demora mais para esfriar. Assim, à noite, o ar mais quente é o que está em contato com a água. Por ser menos denso, ele sobe, dando lugar ao ar mais frio que está em contato com a praia. Produz-se então a brisa da terra para o mar.
5.2 O calor pode ser absorvido por uma substância sem que esta mude sua temperatura?
R: Sim, o calor recebido quando um corpo muda de estado físico sem mudar de temperatura é chamado de calor latente. Já a situaçãoinversa é chamada de calor sensível.
5.3 Quando um objeto quente esquenta um frio, suas mudanças de temperatura são iguais em magnitude? Dê exemplo extraído desta prática.
R: Não. Por exemplo, quando o alumínio, que estava a 96,3 °C, entrou em contato com a água, que estava a 26,1°C, a temperatura de equilíbrio foi de 29,2 °C, mostrando, assim que a temperatura do alumínio variou bem mais do que a água. 
5.4 Dois sólidos de massas diferentes, a uma mesma temperatura, recebem iguais quantidades de calor e sofrem a mesma variação de temperatura. Que relação há entre seus calores específicos?
A quantidade de calor recebida por um corpo é dada pela seguinte fórmula: Q= m x c x Δt, onde Q é a quantidadede calor, c o calor específico do corpo e Δt a variação de temperatura do corpo, assim, podemos relacionar o calor específico dos corpos 
da seguinte forma:
m1 x c1 x Δt = m2 x c2 x Δt
c1/ c2 =m2/ m1
R: A relação é dada por: c1/ c2 =m2/ m1, onde c1 e c2 são os calores específicos do 1° e do 2° corpo, respectivamente e m1 e m2 são as massas do 1° e do 2° corpo, também respectivamente.
5.5 Consultar a Literatura Científica de modo a obter os calores específicos das substâncias abaixo. Obs: Citar a fonte consultada. (Todas estão em cal/g.°C).
R: As substâncias e os valores dos seus calores específicos estão anexados na tabela abaixo, os dados obtidos foram retirados do wikipédia. 
	Substância 
	Calor Específico 
	Alumínio 
	0,22 
	Ouro 
	0,032 
	Cobre 
	0,094 
	Prata 
	0,056 
	Latão 
	0,092 
	Água 
	1,0 
	Ferro 
	0,11 
	Mercúrio 
	0,033 
6.Conclusão
Na prática foram realizados experimentos relacionados com a determinação da capacidade térmica e o calor específico de algumas substâncias. A capacidade térmica de um corpo é definida como a quantidade de calor que um determinado corpo deve trocar para que sua temperatura sofra uma variação unitária, interpretando-a numericamente, sua fórmula é dada por: C = m.c, onde C é a capacidade térmica, c o calor específico e m a massa docorpo. 
Calor específico, que pode ser medido utilizando um calorímetro, é quantidade de calor que é necessário fornecer à unidade de massa de uma substância para elevar a sua temperatura de um grau e expressa-se em calorias por grama e por grau. O calor específico varia de substância para substância, por exemplo, o calor específico da água é 1,0 cal/g.°C, enquanto o do chumbo é 0,031 cal/g.°C.
7. Bibliografia
Introdução à física/Capacidade térmica e calor específico. Disponível em:
http://pt.wikibooks.org/wiki/Introdução_á_física/Capacidade_térmica_e_calor_específico
Acesso em 23 maio/2014 
Capacidade calorífica. Disponível em:
http://www.infopedia.pt/$capacidade-calorifica
Acesso em 23 maio/2014 
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