Relatório 8 Equivalente do Calor e da Energia

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA
INSTITUTO DE FÍSICA
DEPARTAMENTO DE FÍSICA GERAL
FIS122 – FÍSICA GERAL E EXPERIMENTAL II-E / LABORATÓRIO
TURMA P14				DATA: 19/06/2006
EQUIPE:	xxxx
	xxxx
	xxxx
	xxxx
EQUIVALENTE DO CALOR E DA ENERGIA
�
Introdução
As substâncias podem se apresentar em diversos estados ou fases de agregação, que dependem da maneira como os átomos ou moléculas se arranjam com relação a seus vizinhos. Os estados de agregação mais comuns são: o sólido, o líquido e o gasoso. 
	Quando uma substância tem o seu estado de agregação alterado dizemos que ela sofreu uma alteração de fase. O exemplo mais conhecido destes fenômenos é o da água. A água possui três estados físicos: água no estado sólido (gelo), água no estado líquido (água que bebemos) e no estado gasoso.
	Quando um corpo troca de calor ele normalmente tem sua temperatura alterada. Porém, quando ele atinge uma temperatura de transição de fase ele troca de calor sem ter sua temperatura alterada. Isto acontece porque a mudança de estado físico requer absorção ou liberação de calor. E essa quantidade de calor necessária para realizar a transição depende da substância e é denominada de calor latente ou calor de transformação.
	Neste experimento, usou-se uma caixa de isopor (isolante térmico), uma fonte de energia (aquecedor), um relógio e um termômetro, com o objetivo de determinar a temperatura da água para cada instante de tempo até que a temperatura da água alcançar 80º e logo em seguida introduzindo uma barra na água para observar o comportamento da temperatura. Ao final deste procedimento, espera-se encontrar o equivalente entre Joule e caloria através da constante A.
�
TRATAMENTO DE DADOS
■ Gráfico T x t
- Tempo total t de aquecimento da água: 
t = 1760 s = 29 min e 20 seg
- Variação de temperatura da água (aquecimento):
- Variação de temperatura do alumínio: 
- Variação da temperatura da água (c/ imersão da barra): 
■ Determinação do valor de A
	Utilizando a relação (6) do roteiro experimental, temos uma equivalência entre cal e Joule, onde [1 cal] = A.[1 Joule].
Considerando cágua = 1 cal/gºC
 
Logo, 1 cal = 4,90 Joule ou 1 Joule = 0,204 cal
	• Discrepância Δ
	Tendo em vista que o valor teórico para a constante A é 4,19, podemos comparar este valor com o valor encontrado:
	
	A razão de uma discrepância tão alta é a existência de erros experimentais inerentes aos procedimentos realizados ao longo da execução da prática.
■ Determinação do calor específico do alumínio
	Utilizando a relação (8) do roteiro de experimento e igualando os módulos dos calor cedido pela água e calor recebido pela barra, podemos encontrar o valor do calor específico do alumínio:
	Para comparar este valor encontrado mais adequadamente ao valor teórico, converteu-se de cal para Joule utilizando o valor encontrado da equivalência entre essas duas unidades:
	- cal = 4,74 cal/gºC = 0,97 J/gºC
	• Discrepância Δ
	
	Tendo em vista que o valor teórico para o calor específico do alumínio é 0,90, podemos comparar este valor com o valor encontrado:
	
.
■ Correção dos erros sistemáticos
	
	• Correção do valor da constante A
	Utilizando a relação (10) do roteiro experimental, temos:
	
	
	• Correção do calor específico do alumínio
	Utilizando a relação (11) do roteiro experimental e que a temperatura da caixa varia com a temperatura da água, temos:
	
	
 
�
RESPOSTAS DA FOLHA DE QUESTÕES
1. Qual a diferença entre capacidade calorífica e calor específico? Explique exemplificando com os materiais e/ou substâncias utilizadas no experimento.
A capacidade calorífica é o quociente entre a quantidade de calor que é fornecida ao corpo e a variação de temperatura deste. Já o calor específico c de uma substância é a quantidade de calor que é necessária para aumentar a temperatura de 1º C a temperatura de 1g dessa substância. A água possui calor específico de 1 cal/g ºC e capacidade calorífica é de 400 cal/ºC. O calor específico do alumínio é 0,217 cal/g ºC e capacidade calorífica é 41,6 cal/ºC .
A capacidade calorífica é o quociente entre a quantidade de calor fornecida ao corpo e a correspondente variação de temperaturas. A capacidade calorífica é medida em cal / º C. Já o calor específico c de uma substância é a quantidade de calor necessária para elevar 1º C a temperatura de 1g dessa substância e a unidade de medida de c é cal / º C. O calor específico da água é 1 cal/g ºC e a capacidade calorífica da água é m*c = 4000 . 1= 4000 cal/ºC. O calor específico do alumínio é 0,217 cal/g ºC e capacidade calorífica do alumínio é m.c = 191,82* 0,217 = 41,6 cal/ºC .
2. Para a realização desse experimento você utilizou um importante princípio, presente em todas as áreas da Física. No caso em questão esse princípio permitiu correlacionar um processo térmico com um fenômeno elétrico. Enuncie esse princípio e explique a sua utilização nesse experimento.
Foi utilizado o princípio da conservação de energia total do sistema, no qual não há ou se despreza as perdas de energia do sistema. Esta lei está especificada na Primeira Lei da Termodinâmica. Neste experimento foi utilizado um aquecedor e quando este está sendo atravessado por uma corrente elétrica dissipa calor através do feito Joule e assim, este calor é transmitido para a água. Assim, podemos afirmar que a energia elétrica se transformou em energia térmica, e como desprezamos as perdas de energia, dizemos que toda a energia elétrica se transformou em térmica.
R. O princípio utilizado foi o da conservação de energia total do sistema, no qual não há ou se despreza as perdas de energia do sistema. Para a Termodinâmica, a lei de conservação de energia está especificada na Primeira Lei da Termodinâmica. Neste experimento, um aquecedor é utilizado e quando está sendo atravessado por uma corrente elétrica dissipa calor através do feito Joule e assim, este calor é transmitido para a água. Portanto, podemos afirmar que a energia elétrica se transformou em energia térmica, e como desprezamos as perdas de energia, dizemos que toda a energia elétrica se transformou em térmica.
3. Que problemas poderiam ter causado a obtenção do valor de A acima do correto? E se o valor encontrado for oposto, isto é, abaixo do valor correto?
O valor de A é calculado através da equação A = P.t / m c ∆T. A constante A experimental encontrada foi de 4,90 enquanto a teórica é 4,19 O nosso A deu acima do esperado. A obtenção de valores acima do esperado pode ter sido causado por uma dissipação de calor devido ao calorímetro não ser ideal. Visto que a quantidade de calor Q está no denominador, uma diminuição do mesmo poderia aumentar o valor de A. Já se o A for menor do que o esperado, isto pode ser justificado pelo fato de erro nas medidas como, por exemplo: medimos o tempo menor ou então a massa a massa de água medida foi maior do que quatro quilos. Um valor menor ou maior de A significa falhas humanas na hora de realizar medidas e/ou perdas de energia do sistema.
4. Por que é importante esperar cerca de 3 minutos após o desligamento do aquecedor para se tomar a medida da temperatura final da água?
 É importante esperar cerca de 3 minutos após o desligamento do aquecedor para que a temperatura da água se torne constante em todos os pontos, ou se estabilize. Isso é necessário, pois as regiões mais próximas do aquecedor devem estar mais quentes do que os locais mais afastados.
5. Por que este intervalo não pode se estender por muito tempo, por exemplo, por 10 ou 15 minutos?
Porque se o intervalo for muito grande o sistema poderia perder energia (calor) para o ambiente, após se estabilizar. Isto poderia ocorrer visto que o calorímetro (isopor) não é ideal. Caso o intervalo de tempo fosse grande as conclusões do experimento poderiam ser comprometidas.
R. Este intervalo não pode ser muito grande pois assim o sistema poderiaperder energia (calor) para o ambiente, após se estabilizar. Isto poderia ocorrer visto que o calorímetro (isopor) não é ideal. Caso o intervalo de tempo fosse grande as conclusões do experimento poderiam ser comprometidas.
Conclusão
	Fornecendo energia ao sistema isolado termicamente (dentro do isopor) através do aquecedor (E=P.t), observou-se que a temperatura do sistema aumentava quase que constantemente: 2ºC por minuto.
	Já quando o aquecedor foi desligado por cerca de cinco minutos, observou-se que a temperatura do sistema permaneceu constante, comprovando a qualidade da isolação térmica do isopor.
	Depois foi colocado um corpo dentro do isopor que estava a uma temperatura menor que a do sistema. Neste caso, verificou-se a exatidão da Lei Zero da Termodinâmica, que afirma que dois corpos contidos num sistema isolado tendem ao equilíbrio. No caso do experimento, a nova temperatura do sistema diminuiu, o que era esperado, pois o corpo colocado no sistema possuía uma temperatura menor que o mesmo.
	Com o experimento finalizado, sabe-se que muitos fatores contribuem para que o valor experimental da equivalência entre caloria e Joule não seja precisa.
_1212777987.unknown
_1212779003.unknown
_1212782359.unknown
_1212783238.unknown
_1212779672.unknown
_1212778363.unknown
_1212775055.unknown
_1212775324.unknown
_1212774982.unknown