Calor Especifico dos Solidos

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Campus São José do Rio Pardo 
Curso: Engenharia – 2 e 3º. Semestres 
Disciplina: Eletricidade básica (lab.) 
Prof. Msc. Cezar Carvalho de Arruda 
Experimento 5 –Calor Especifico dos Sólidos 
 
 
 
Grupo: Data: 
 
INSTRUÇÕES 
1. Uso de jaleco obrigatório dentro do laboratório. 
2. Leia atentamente o roteiro da prática. 
3. Preserve a integridade dos equipamentos do laboratório. 
4. Quando houver periculosidade no experimento (choque e fogo) atenção redobrada. 
 
CONTEUDO 
 
5.1 Fundamentos 
 
Muito embora os procedimentos experimentais requeiram análises teóricas 
relativamente simples, é bom ressaltar alguns pontos acerca dos fenômenos 
envolvidos. 
 
5.1.1 Lei de resfriamento de Newton 
 
Embora a expressão que dá nome ao item 5.1.1 possa soar familiar a 
estudantes do ciclo básico de cursos superiores relacionados à área de ciências 
exatas, é surpreendente que praticamente nenhum livro destinado a esse 
segmento dê ênfase ao tema nos capítulos referentes à termodinâmica. Por isso 
se justifica uma revisão teórica sobre o assunto. Para tal, seja um sistema em que 
se possa admitir uma simplificação: a mesma temperatura T em todos os seus 
pontos. Supondo que tal sistema esteja em um ambiente cuja temperatura seja 
Ta, sendo Ta < T, haverá um fluxo de calor do mais quente para o mais frio. 
Observações experimentais indicam que a corrente térmica estabelecida, isto é, a 
quantidade de calor transferida do mais quente para o mais frio por unidade de 
tempo, 𝑑𝑄/𝑑𝑡, é proporcional à diferença de temperaturas (T - Ta) entre o sistema 
 
 
e o ambiente: 
 
𝑑𝑄
𝑑𝑡
= ℎ𝐴(𝑇 − 𝑇𝑎) 
Equação 5-1 
 
em que h é uma constante característica de cada sistema e A é a área de contato 
entre o sistema e o meio. Para o caso em que o sistema seja considerado um 
''reservatório finito'' de calor e o ambiente, um ''reservatório infinito'', a temperatura 
T do sistema varia com o tempo, mas a temperatura Ta do ambiente não. 
Lembrando que a transferência de uma quantidade infinitesimal de calor dQ do 
sistema ao ambiente é igual 𝑎 − 𝐶𝑑𝑇, onde C é a capacidade calorífica de tal 
sistema e dT é a sua variação infinitesimal de temperatura devido à transferência, 
pode-se reescrever a Eq. (5-1) da seguinte forma: 
 
𝑑𝑇(𝑇 − 𝑇𝑎) = −�1 𝜏� �𝑑𝑡 
Equação 5-2 
 
em que 𝜏 = 𝐶/(ℎ𝐴). A Eq. (5-2) é uma equação diferencial em que a variável do 
primeiro membro é a temperatura T do sistema enquanto que a do segundo 
membro é o tempo t de resfriamento. Admitindo que no instante t = t0 a 
temperatura do sistema seja T0, e integrando o primeiro membro da Eq. (5-2) de 
T0 a T e o segundo membro de t0 até um instante t, ao final tem-se 
 
𝑇 = 𝑇𝑎 + (𝑇0 − 𝑇𝑎)𝑒−(𝑡−𝑡0) 𝜏� 
Equação5-3 
 
A Eq. (5-3) descreve a forma como um reservatório finito de calor 
(sistema) é resfriado perdendo calor para um reservatório infinito (meio 
ambiente), ao longo do tempo. 
 
5.1.2 Trocas de calor entre os elementos do sistema 
 
O experimento foi planejado de forma que as migrações internas de 
calor, após a imersão dos objetos possam ser consideradas ''instantâneas'', 
já que existe uma grande área de contato entre as substâncias envolvidas. 
 
 
 
 
5.2 Objetivos da experiência: 
 
• Determinar o calor específico de algumas substâncias; 
 
• Diferenciar calor específico de capacidade térmica; 
 
• Analisar as trocas de calor entre um sistema e sua vizinhança. 
 
 
5.3 Procedimento experimental: 
 
Material disponível no laboratório: 
 
- 1 Garrafa Térmica; 
- 1 Termômetro de –10o a 100oC; 
- 1 Caneca de Alumínio de 2 litros; 
- 1 Cilindro de Latão 295g; 
- 1 Bico de Bunsen com mangueira; 
- 1 Bureta de 20oC 500ml; 
- 1 Tripé de alumínio (suporte para caneca de alumínio), 
- 1 Garra para manusear o cilindro; 
 
 
 
 
Figura 5-1. 
 
ATENÇÃO: Esta experiência está sujeita a um erro experimental 
grande. A fim de obter um resultado adequado seja paciente e atencioso 
nas medidas, principalmente de temperatura. 
 
1. Separe algumas peças de metal de modo a obter uma massa de 
aproximadamente 100g (se o metal for ferro, cobre ou latão) ou 60g (para o caso 
do alumínio). Escreva abaixo a massa total destas peças. Evite contato 
prolongado com as peças metálicas de modo a não alterar sua temperatura. 
 
mmetal = g 
 
2. Com o auxílio de um termômetro determine a temperatura ambiente, 
temperatura inicial do metal. 
 
Tambiente = g 
 
3. Com o auxílio da proveta, coloque na garrafa térmica exatamente 150 ml 
de água previamente aquecida até uma temperatura de aproximadamente 
80oC. 
 
 
 
4. Aguarde algum tempo e anote o valor inicial da temperatura da água: 
 
T1 = º C 
 
5. Considere que a capacidade térmica da garrafa vale _____cal/oC , valor 
nominal. 
 
C garrafa = _____cal /º C 
 
6. Coloque rapidamente o objeto de cobre (ferro, alumínio, etc ) no interior 
da garrafa térmica, medindo antes sua massa . Transcreva também o 
valor da temperatura ambiente, medido acima, que corresponde a 
temperatura inicial do metal. 
 
mmetal = 
g (metal = ) 
T2 = º C 
 
7. Agite a mistura vigorosamente e determine a temperatura de equilíbrio. 
 
TE = º C 
 
8. Determine o calor específico do metal. 
cmetal = 
cal / g º C 
 
9. Repita a experiência mais duas vezes. Faça uma tabela com os dados 
coletados e determine o valor do calor específico em cada caso. Compare 
seus resultados com os valores tabelados. 
 
 
5.4 Questões: 
 
1) Dentre os corpos: água, garrafa e metal, qual é aquele que recebe calor 
 
 
dos demais; 
2) Apresente o resumo dos cálculos em cada caso de forma organizada; 
3) Compare os valores desta experiência com os tabelados; 
4) A que se atribui as diferenças observadas entre o valor calculado na 
experiência e o valor tabelado para cada metal. Como você classifica 
seus resultados: qualitativamente ou quantitativamente corretos; 
5) Calcule para uma das amostras o calor recebido ou cedido: pela 
água, pelo metal e pela garrafa térmica. Compare estes valores e 
discuta sobre os fatores que acarretam erros neste experimento.