fisica calor específico

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Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia
Campus Porto Seguro
Determinação do calor específico do alumínio
Aluna: 
Jasmin Sento-Sé Neiva
Porto Seguro
07 de dezembro 2017
07 de dezembro 2017
Determinação do calor específico do alumínio
Aluna: 
Jasmin Sento-Sé Neiva
Relatório apresentado como requisito parcial para a aprovação na disciplina de Física Experimental ӏӀ do curso Licenciatura em Química do Instituto Federal da Bahia campus Porto Seguro.
Prof. Danilo Pedreira
Porto Seguro
07 de dezembro 2017
SUMÁRIO
 						Pág.
	1.
	INTRUDUCÃO..................................................................................................
	4
	2.
	FUNDAMENTACÃO TEÓRICA...........................................................................
	4
	3.
	PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS.................................................................
	6
	4.
	RESULTADOS E DISCUSSÃO.............................................................................
	7
	5.
	CONCLUSÕES..................................................................................................
	8
	6.
	REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.......................................................................
	8
1. INTRODUÇÃO
A partir do estudo da Calorimetria, cujo tema de pesquisa são fenômenos decorrentes das trocas de energia entre corpos ou sistemas na forma de calor, surge o conceito de calor específico que determina a quantidade de calor que um corpo precisa receber ou perder para que 1 g de substância tenha a sua temperatura elevada ou reduzida em 1 °C. (1)
O experimento realizado consiste na determinação do calor específico, através de um calorímetro como uma tentativa de um sistema fechado, com uma camada de isopor, cuja finalidade é minimizar as trocas de calor com o meio externo, usou-se uma peça cúbica de alumínio aquecido para transferir calor à água fria, com as temperaturas iniciais dos materiais e a temperatura final do meio para medir o calor específico através da quantidade de calor que o alumínio perdeu.
Os objetivos do experimento foram de verificar e compreender o equilíbrio térmico e determinar o calor específico do alumínio utilizado, a partir das trocas de calor entre a água e o alumínio, dentro de um sistema. 
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
O equilíbrio térmico ou equilíbrio termodinâmico acontece a todo tempo em todos os materiais, por condução, convecção ou por irradiação, é uma tendência natural e espontânea, dessa forma os corpos atingem mesma temperatura por transferência de calor em razão da diferença de temperatura entre eles. A troca de energia entre dois corpos (energia calorífica) resulta na perda de energia térmica do corpo mais quente e no ganho de energia do corpo mais frio.
O calor específico indica o calor necessário a ser absorvido ou gasto para que ocorra uma variação de 1 °C, pode ser definido a partir da razão da capacidade térmica desse material pela sua massa, como mostra a equação abaixo. Seu valor está relacionado com a força de ligação intermolecular da substância
 (1)
Onde:
c: calor específico (J/kg 0C ou cal/g 0C).
C: capacidade térmica (J/oC ou cal/oC).
m: massa da substância.
Também é possível relacionar a capacidade térmica (Q) com a quantidade de calor, medida em calorias ou joules, a variação da temperatura e sua massa, como mostra a Equação 2, relacionando a primeira e a segunda equação surge a Equação 3 abaixo.
 (2)
 (3)
Onde:
: variação de temperatura da substância (°C).
O calor específico determina a quantidade de calor que um corpo precisa receber que 1 g de substância tenha a sua temperatura elevada em 1 °C, seu valor varia para cada substância e quanto maior for o valor de calor específico de uma substância, maior será a quantidade de calor que deverá ser fornecida para que ocorra variação de temperatura.
No Sistema Internacional de Unidades (SI) as unidades de medida para a capacidade térmica e para o calor específico são respectivamente 1 J/oC e 1 J/(kg 0C), e as unidades usuais para estas medidas são 1 cal/oC e 1 cal/(g 0C) respectivamente. 
Em física, a lei ou princípio da conservação de energia estabelece que a quantidade total de energia em um sistema isolado permanece constante. Assim temos que a quantidade de energia ganha pela substância de menor energia (Q ganho) é a mesma perdida pela substância de maior energia (Q perdido), indicado na Equação 4 em que a quantidade de calor é dada pelas Equações 2 ou 3. (2)
 (4)
A média aritmética, indicada na Equação 5, é usada para indicar a tendência central dos dados obtidos, sendo esse o valor mais provável, a variância quantifica erros buscando avaliar o quanto os dados estão dispersos da média aritmética usando a Equação 6. O desvio padrão indicado na Equação 7, o desvio relativo indicado na Equação 8 e o desvio percentual Equação 9 dão uma ideia da dispersão de uma distribuição de dados, em porcentagem.
 (5)
 (6)
 (7)
 (8)
 (9)
Onde:
: média aritmética.
X, X1, X2, X3, Xn: são os valores estudados.
n: número de valores estudados.
V: variância.
d: desvio padrão.
dr: desvio relativo.
dp: desvio percentual (%).
3. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS
 3.1 Materiais 
Nesse experimento foram utilizados os seguintes materiais e equipamentos: provetas (100 mL), um termômetro, um calorímetro de isopor, água da torneira em temperatura ambiente, cubo de alumínio, jarra com água e aquecedor elétrico de água.
 3.2 Método 
Utilizando a proveta, mediu-se de início 50 mL de água da torneira que corresponde a 50 g de água. 
Colocou-se a água no calorímetro à temperatura ambiente. Anotou-se com o termômetro o valor da temperatura inicial da água (T1) e da massa de água à temperatura ambiente (m1).
Com o aquecedor, aqueceu-se água em uma jarra e colocou-se o cubo de alumínio dentro para que entrasse em equilíbrio térmico. Anotou-se o valor da massa do cubo de alumínio (m2) e também o valor das temperaturas da água aquecida (T2) que em equilíbrio com o alumínio corresponde à temperatura do metal.
Retirou-se rapidamente o alumínio da água aquecida e colocou-se imerso na água fria de dentro do calorímetro e tampou-o. Anotou-se o valor da temperatura do equilíbrio térmico (Te).
Resfriou-se o recipiente de isopor e o termômetro em água corrente, antes de introduzi-lo no calorímetro para cada uma das repedidas verificações.
Com os dados obtidos calcularam-se as capacidades térmicas dos calorímetros.
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Com os dados de: valore da massa da água fria (m1) e massa do cubo de alumínio usado (m2), as temperaturas iniciais da água fria (T1) e do cubo de alumínio quente (T2) e a temperatura final em equilíbrio térmico entre a água e o alumínio (Te), juntamente com a capacidade térmica (C) do calorímetro utilizado, calculada no último experimento foi possível calcular o calor específico do alumínio utilizado, c2, através do princípio das Equações 2, 3 e 4, já apresentadas. Dessa forma desenvolve-se a Equação 10 onde três corpos são estudados, a água, o calorímetro e o alumínio.
 (10)
Onde “c1” representa o calor específico da água (1 cal/g.ºC).
Dessa forma calculou-se o calor específico do alumínio que foi colocado na Tabela 1 abaixo, juntamente com os dados medidos em laboratório.
Tabela 1: Dados obtidoscom o calorímetro.
	C (cal/g° C)
	m 1 (g)
	m 2 (g)
	T 1 (° C)
	T 2 (° C)
	T F (°C)
	c 2 (cal/oC)
	3,62
	50
	50
	27
	57
	31
	0,165
	3,62
	50
	50
	27
	58
	31
	0,165
	3,62
	50
	50
	27
	59
	32
	0,199
	3,62
	50
	50
	27
	57
	31
	0,165
	3,62
	50
	50
	27,5
	57
	32
	0,193
	3,62
	50
	50
	27
	58
	33
	0,214
 
Analisando a tabela 1 e os baixos valores de calor específico do alumínio, percebe-se que é necessária pouca energia para alterar a temperatura desse material visto que o calor específico {\displaystyle C}é a grandeza física que determina a relação entre a quantidade de calor fornecida a um corpo e a variação de temperatura observada neste e sua massa de acordo com a Equação 2 já citada.
Calcula-se as medidas de erros e dispersão através das Equações 5, 6, 7, 8 e 9 para compor a Tabela 2.
Tabela 2: Medidas de erros e dispersão.
	Média Aritmética (cal/oC)
	Variância
	Desvio Padrão
	Desvio Relativo
	Desvio Percentual (%)
	0,183
	0,0004
	0,02
	0,11
	11
O desvio mostra que os erros aleatórios decorrentes de trocas de calor entre o metal, a água e o ambiente por problemas de vedação do calorímetro foram mínimos.
5. CONCLUSÕES
Através da realização do experimento determinamos o calor específico do alumínio através do método de equilíbrio térmico, puderam-se verificar experimentalmente os conceitos de calor específico, capacidade térmica e o equilíbrio térmico, considerando assim o experimento válido. 
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. TIPLER, P.A.; MOSCA, G.; Física para cientistas e engenheiros: mecânica, oscilações e ondas, termodinâmica. Trad. Paulo Machado Mors. Vol. 1. 4ª Ed. Rio de Janeiro: LTC, 2013.
2. BOSQUILHA, Alessandra, Manual de física: teoria e prática / Alessandra Bosquilha, Márcio Pelegrini. – 2. Ed ver. – São Paulo :Rideel, 2003. Cap. 13 - pg 180 – Capacidade térmica e calor específico.
3. Resnick, Halliday, Krane – Física 2 , quinta edição, LTC.