Apostila 22

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Universidade Sa˜o Judas Tadeu
Faculdade de Tecnologia e Cieˆncias Exatas
Cursos de Engenharia
Laborato´rio de F´ısica e Eletricidade:
Equivalente Ele´trico do Calor
Autor: Prof. Luiz de Oliveira Xavier
J =
V.i.t
(m.c + E)(Θf − Θi)
Aluno R.A. Turma
Equivalente Ele´trico do Calor
1. Introduc¸a˜o
Quando uma corrente ele´trica percorre um condutor, o mesmo se aquece. Esse
fenoˆmeno e´ conhecido por efeito Joule. A energia ele´trica (w) fornecida ao condutor
e a quantidade de calor Q liberada pelo mesmo, guardam entre si uma relac¸a˜o constante,
denominada equivalente ele´trico do calor, representada pela letra J.
Seja o circuito representado pela figura abaixo:
Figura 1: Circuito ele´trico para para a determinac¸a˜o do equivalente ele´trico do calor.
A energia ele´trica fornecida ao resistor imerso em a´gua, no interior do calor´ımetro,
sera´ dada por:
w = V .i .t,
1
Equivalente Ele´trico do Calor
onde:
w e´ a energia ele´trica;
V e´ a tensa˜o ou a diferenc¸a de potencial nos terminais do resistor;
i e´ a intensidade da corrente que atravessa o resistor e
t e´ o tempo durante o qual a corrente percorre o resistor.
Parte do calor liberado por esse resistor sera´ absorvido pela a´gua, que sofrera´ uma
variac¸a˜o de temperatura Θ. Essa parcela de calor e´ dada por:
Q1 = m.c.∆Θ ,
onde:
m e´ a massa da a´gua no interior do calor´ımetro;
c e´ o calor espec´ıfico da a´gua (considerado igual 1 cal/g0C) e
∆Θ e´ a variac¸a˜o de temperatura experimentada por tudo que estiver no calor´ımetro (Θf
- Θi).
A outra parcela de calor sera´ absorvida pelo pro´prio calor´ımetro e e´ dada por:
Q2 = E.∆Θ ,
onde:
E e´ o equivalente em a´gua do calor´ımetro e
∆Θ e´ a variac¸a˜o de temperatura sofrida pelo calor´ımetro (Θf - Θi).
A quantidade de calor total liberada pelo resistor sera´:
QT = Q1 + Q2 ,
enta˜o,
QT = m.c.∆Θ + E.∆Θ
= (m.c + E)∆Θ.
Por definic¸a˜o:
J =
w
QT
,
portanto,
J =
V. i.t
(m.c + E)(Θf −Θi)
2. Objetivos
Determinar o valor do equivalente ele´trico do calor.
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Equivalente Ele´trico do Calor
3. Material Utilizado
• Calor´ımetro com todos os seus componentes;
• Amper´ımetro;
• Volt´ımetro (mult´ımetro na func¸a˜o de volt´ımetro);
• Transformador;
• Cronoˆmetro.
4. Procedimento Experimental
1. Introduza o termoˆmetro na tampa do calor´ımetro; e´ o termoˆmetro de 0 a 50 0C. Seu
bulbo deve ficar na primeira espira superior da resisteˆncia;
2. Coloque 250 g de a´gua no calor´ımetro (250 cm3). Movimente o agitador (B da figura)
para homogeneizar a temperatura da a´gua. Isso devera´ ser feito constantemente
durante a experieˆncia;
3. Monte o circuito da Figura 1, sem ligar a fonte (transformador 6 V AC). Como voceˆ
vai trabalhar com corrente alternada, na˜o se preocupe com a polaridade. O mult´ımetro
usado como volt´ımetro, deve ficar na escala 10 V A.C.;
4. Confira atentamente o circuito, e, enta˜o, ligue o transformador a` tomada;
5. Anote a voltagem lida no volt´ımetro V = V e a corrente lida no amper´ımetro i
= A;
6. Fique com o cronoˆmetro na ma˜o e observe a temperatura indicada no termoˆmetro.
Ao mesmo tempo, va´ levantando e baixando o agitador para manter a temperatura ho-
mogeˆnea. Quando a temperatura chegar a 26 0C, dispare o cronoˆmetro e de 60 em 60
segundos (sem desligar o cronoˆmetro) va´ anotando a temperatura na Tabela 1 (coluna
Θ1,) ate´ passarem 05 minutos (300 s) quando, enta˜o, voceˆ deve desligar o transformador
da tomada. Durante o processo voceˆ deve observar se a intensidade da corrente continua
a mesma;
7. Retire a a´gua do calor´ımetro e a substitua por 250 cm3 de a´gua fria. Confira o circuito
e torne a ligar o transformador a` tomada e repita o item 6, anotando as leituras na
coluna Θ2 da Tabela 1. Na˜o esquec¸a de agitar a a´gua. Passados 5 minutos, desligue o
transformador da tomada, despeje a a´gua, desmonte o circuito e devolva o material.
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Equivalente Ele´trico do Calor
Tabela 1: Tabela 1
t(s) Θ1 Θ2 Θf=(Θ1+Θ2)/2
0 26 26
60
120
180
240
300
5. Resultados
1. Calcule os cinco valores de J, usando os dados da Tabela 1. No primeiro ca´lculo, t=60
s, Θi=26
0C e Θf e´ a me´dia da temperatura depois de 60 s. No segundo ca´lculo, t =60
s, Θi=Θf anterior e Θf e´ a me´dia da temperatura depois de 120 s. Os outros 3 ca´lculos
sera˜o feitos de modo ana´logo, usando a fo´rmula dada a seguir:
J =
V. i.∆t
(m.c + E)(Θf −Θi) ,
onde:
V e´ a voltagem (item 5 do procedimento), em Volts;
i e´ a corrente em Ampe´res (item 5);
∆t e´ a variac¸a˜o de tempo (60 s), em segundos;
Θi e´ a temperatura inicial (tabela);
Θf e´ a temperatura final (tabela);
m e´ massa de a´gua (250 g);
c e´ o calor espec´ıfico da a´gua (1 cal/g0C); e
E e´ o equivalente do calor´ımetro, que no nosso caso e´ 30 cal/0C.
Observac¸a˜o: Com as unidades utilizadas, J sera´ dado em Joules por caloria.
2. Ca´lculo para J1
3. Ca´lculo para J2
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Equivalente Ele´trico do Calor
4. Ca´lculo para J3
5. Ca´lculo para J4
6. Ca´lculo para J5
7. Calcule a me´dia dos cinco valores experimentais de J
Je =
8. Compare o valor me´dio experimental como o valor tabelado, que e´ Jt= 4,18 J/cal.
9. Calcule o desvio percentual, pela equac¸a˜o:
D =
|Je − Jt|
Jt
× 100
D =
Um desvio menor do que dez porcento e´ um bom resultado!
5. Comenta´rios e Concluso˜es
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