relatório capacidade térmica calor especifico calor latente

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA 
CAMPUS ITAPETININGA 
 
1. RESUMO 
O presente estudo tem por finalidade observar a troca térmica entre materiais com 
propriedades diferentes e seu equilíbrio térmico, determinando assim a capacidade térmica de 
um calorímetro, o calor específico de um analíto metálico e o calor latente do gelo. 
 
2. INTRODUÇÃO 
A termodinâmica é um dos principais pontos da física e da engenharia, ela estuda as 
leis que regem a relação entre o calor e outras formas de energia. Na qual os conceitos 
centrais é o da temperatura, sendo sua primeira aprendizagem o conceito de energia térmica. 
A calorimetria é uma parte da física que estuda as trocas de energia de um corpo assim 
como de sistemas que produzem trocas de calor, sendo o calorímetro instrumento com função 
de determinação o calor especifico das substâncias. 
A Lei Zero da Termodinâmica afirma que quando dois corpos A e B estão separados e 
em equilíbrio térmico entre si, um terceiro corpo C adicionado ao sistema também estará. Das 
escalas de temperatura, a Kelvin é adotada como referência. 
Por definição o calor trata-se da energia térmica em trânsito. E o calor latente, é uma 
grandeza física que esta relacionada com à quantidade de calor que um corpo precisa receber 
ou ceder para mudar seu estado físico. 
 Eq. 1 
Onde L é o calor latente em kJ /kg. 
Capacidade Térmica (C) é a constante de proporcionalidade entre o calor (Q) recebido 
ou cedido pelo objeto e a variação da temperatura (ΔT) do mesmo. 
 Eq. 2 
Calor Específico (c) é definido como a variação térmica proporcional à sua massa, 
onde podemos dizer que não se refere a um objeto e sim a uma massa unitária do material 
constituinte do objeto. 
 
 
 
 
Eq. 3. 
Onde c é o calor específico em cal/gº x C e no SI é o J/K x k. Este equivale a 1 cal/g x 
ºC ou 4189 J/Kg x K para a água. 
3. ASPECTOS EXPERIMENTAIS 
Para o procedimento da capacidade térmica do calorímetro adicionou-se ao 
calorímetro 100ml de água a temperatura ambiente (medido em copo descartável de 200ml) e 
mediu-se a temperatura com termômetro de mercúrio (graduação de 11ºC). Mediu-se a 
temperatura de 100ml de água previamente aquecida em fogão de indução e utilizando o 
mesmo copo descartável como medidor adicionou-se ao calorímetro. Esperou-se atingir o 
equilíbrio térmico e mediu-se a temperatura final do sistema. Procedeu-se em triplicata. 
Para o procedimento da medição do calor específico, masserou-se um chumbinho de 
pesca com auxilio de um dinamômetro encontrando-se a 23g/f que este foi aquecido em 
banho-maria e mediu-se a temperatura do sistema. Adicionou-se 50ml de água ao calorímetro 
a temperatura ambiente e logo em seguida adicionou-se o chumbinho, como não se observou 
variação térmica, procedeu-se novamente porém utilizando mais um chumbinho de massa de 
27,5 g/f. Após o sistema atingir a equilíbrio térmico, mediu-se a temperatura final. 
Procedeu-se uma vez, porém empregando chumbinhos de massa 23g/f, e dois de 27,5 
g/f respectivamente. 
Devido a indisponibilidade de tempo não se procedeu a parte experimental para o 
calor latente de fusão do gelo. 
 
4. ANÁLISE DE DADOS 
Tomou-se por base a equação da equação do calor específico (equação4) e a da 
capacidade térmica (equação 5). 
 Eq. 4 
Seja: m= massa de água total 
 c= calor específico 
 ΔT= variação de temperatura 
 Eq. 5 
Sabe-se que para um sistema em equilíbrio a somatório da quantidade de energia (Q) 
devido à lei da conservação de energia. 
 Eq. 3 
 
 
Eq. 5.1 
Seja a capacidade térmica do calorímetro e 
 a variação de temperatura do mesmo. 
E sabendo que é igual a , denominou-se ambos de , manipulou-se 
a equação para se obter a capacidade térmica. 
 
 
 
 
Eq. 5.2 
 M (g) C (cal/g.ºC 
29 72,5 49 100 1 
28 81 52 100 1 
29 83 53,5 100 1 
28,7 78,8 51,5 100 1 
Tabela 1. Resultados obtidos experimentalmente 
Para o erro da capacidade térmica procedeu-se conforme as equações 6 (variância) e 7 
(desvio padrão). Obtendo-se o valor de 1,8 J/Kg x ºC. 
 
 
 
 
 
 
Eq. 7 
 Eq. 8 
Sabendo que os resultados obtidos para o experimento estão expressos pela tabela 1, 
determinou-se a capacidade térmica para o primeiro dado a partir da equação 5.2: 
 
 
 
 
 
Procedeu-se da mesma forma para os demais dados, obtendo-se os seguintes 
resultados: 
 
 
Portanto tem-se que a capacidade térmica (C) do calorímetro é de 319,6 ± 1,8 J/Kg x 
ºC. 
 
Para a determinação do calor específico do metal, procedeu-se a partir da conservação 
de energia como demonstrado pela equação 6. 
 Eq. 9 
Dado a quantidade de calor do metal. 
Sabendo que é igual a , denominou-se ambos de , manipulou-se a 
equação para se obter o calor específico do metal ( ). 
 
 
 
 
 
Eq. 10 
Isolando-se o calor específico (c) na equação 10 e derivando a função resultante em 
função da capacidade térmica (C): 
 
 
 
 
 
 
Eq. 11 
Sabendo que =1,8 J/Kg x ºC como encontrado anteriormente, para o erro procedeu-
se conforme a equação 12. 
 
 
 
 
 
Eq. 12 
Conforme os procedimento descritos e os resultados experimentais obtidos tem-se: 
Sistema 
calorímetro- 
água (inicial) 
Metal 
Equilíbrio 
térmico 
Calor 
Específico do 
metal 
Erro do calor 
específico 
Ti ºC m (g) T ºC m (g) T ºC C (cal/g x ºC) C (cal/g x ºC) 
29 50 29 23,5 29 0,03674 0 
29 50 30 51 30 0,01551 0,0005 
28 50 30 78,5 30 0,01000 0,0007 
 
 
 
 Média 0,0207 
 Tabela 2. Resultados obtidos para o calor específico 
Para determinação do erro do calor específico médio usou-se a expressão 13. 
 
 
 
 
Eq. 13 
Portanto tem-se que o calor específico do metal é 0,0207±0,0009 cal/g x ºC. 
Comparando esse valor com o calor específico do Chumbo (Pb) de 0,038 cal/g x ºC, pode-se 
concluir que o valor calculado não é tão próximo, mas isso se deve a presença de outros 
materiais na mistura que constitui a chumbada e as condições em que o experimento foi 
realizado que não permitem se obter um valor bem aproximado. 
 
Embora não se tenha procedido à parte experimental quanto ao calor latente de fusão 
do gelo, procedeu-se a demonstração da equação como pedido no roteiro da prática. Sabendo 
que pela conservação de energia a somatória dos calores no sistema é zero, e associando-se 
com as equações 1 e 4 tem-se que: 
 
 
Sabendo que o calor específico para a água fria ( e a temperatura ambiente ( ) 
tem o mesmo valor, denominou-os apenas como c 
 
 
 
 
Eq. 14 
 
5. CONCLUSÕES 
A partir da fundamentação teórica abordada em aula, determinamos 
experimentalmente a capacidade térmica do calorímetro de 319,6 ± 1,8 J/Kg.ºC representando 
assim 0,56% de erro. 
Para a etapa da determinação da capacidade térmica do calorímetro, observa-se que os 
resultados sofreram influencias das condições em que o experimento foi realizado tanto 
internos como externos: pode-se considerar os erros instrumentais da medida do 
dinamômetro, copo utilizado paramedida da água, a troca térmica devido ás constantes trocas 
de água no calorímetro (embora se espera-se um determinado tempo para que ele perdesse 
calor para o meio, ainda assim um pouco fica retido na cuba do instrumento) e a troca de calor 
com o ambiente, uma vez que o calorímetro não é perfeito apresentando assim uma variação 
na temperatura. 
Para a etapa da determinação do calor específico do metal obteve-se o valor de e o 
calor específico da chumbada de 0,0207±0,0009 cal/g.ºC, determinando-se assim um erro de 
aproximadamente 3,33%. Da comparação desse valor com o do Chumbo (Pb) de 0,038 cal/g x 
ºC, a discrepância entre os resultados é devida aos mesmos erros mencionados anteriormente, 
incluindo a perda térmica do metal ao ser transferido para o calorímetro. 
Ainda comparando-se o calor específico do metal com outros metais como mercúrio 
(0,033 cal/g.ºC) e tungstêncio (0,0321 cal/g.ºC) (HALLIDAY, 2012, p. 194) observa-se sua 
proximidade destes, podendo-se concluir assim a presença de outros metais na constituição da 
chumbada além do próprio chumbo. 
Como a variação de temperatura observada no calorímetro apresentou alteração 
diretamente proporcional à massa da chumbada inserida no calorímetro, conclui-se que a 
massa do analíto metálico influi sobre a variação de temperatura do sistema. 
Em ambos os experimentos, também deve-se considerar a paralaxe do observador. 
 
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
1. HALLIDAY, David; WALKER, Jearl. Fundamentos da Física. Tradução: Ronaldo Sérgio 
de Biasi. v.2. 9ª Ed. Rio de Janeiro: LTC, 2012. il. 28cm. 
2. Notas de aula de termodinâmica. 1º Semestre de 2014.