6 Capacidade Térmica do Calorímetro

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Universidade Federal do Maranhão – CCSST 
Engenharia de Alimentos – 2017.1 
Física Experimental II – Turma 01 
24 de maio de 2017 
Cristian da Silva Neres 
Física Experimental II – Turma 1 
Orientadora: Ellen Karolyne 
Prof. Dr. Pedro de Freitas Facanha Filho 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
EXPERIMENTO: CAPACIDADE TÉRMICA DO CALORÍMETRO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Imperatriz – MA 
2017 
Universidade Federal do Maranhão – CCSST 
Cristian da Silva Neres 
 
 
 
 
 
 
 
Capacidade Térmica do Calorímetro e determinação do calor específico do 
alumínio 
 Sétima aula prática de Física Experimental II – Turma 1 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Relatório da sétima aula prática de Física 
Experimental II, com o tema capacidade 
térmica do Calorímetro e determinação do 
calor específico do alumínio, aula ministrada 
pela aluna do mestrado Ellen Karolyne sobre 
orientação do Prof. Dr. Pedro de Freitas 
Facanha Filho. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Imperatriz – MA 
2017 
1. Introdução 
 
 Os termos “temperatura” e “calor” costumam a ser usados como sinônimos na 
linguagem cotidiana. Na física, contudo, esses dois termos têm significados bastante 
diferentes (YOUNG, FREEDMAN, 2008). 
 A definição, na física, de calor é uma forma de energia, sendo a energia 
térmica do movimento entre partículas atômicas e temperatura é uma das sete 
grandezas, onde a mesma caracteriza o estado térmico, atual, de um corpo ou sistema. Já 
em relação ao calor específico e capacidade térmica as suas definições físicas 
respectivamente são: a quantidade de calor necessária para variar de um grau a 
temperatura de uma unidade de massa de uma substância, relação que um corpo 
apresenta entre a quantidade de calo trocada (cedida ou recebida) e a correspondente 
variação de temperatura (HALLIDAY, RESNICK, 2009). 
 A troca de calor entre corpos ou sistemas depende de suas características 
específicas. Em particular sua massa e sua composição química. Em virtude dessa 
afirmação se faz necessário definir duas grandezas: a capacidade térmica e o calor 
específico. Como propriedades de um corpo e de um composto químico, 
respectivamente, essas grandezas indicam como estes recebem ou perdem calor. Dessa 
forma a troca de calor entre corpos ou sistemas depende de suas próprias propriedades, 
tratando de sua massa e composição química. Sua unidade de medida Assim a 
capacidade térmica de um corpo indica a quantidade de calor necessária para variar sua 
temperatura em 1ºC (HALLIDAY, RESNICK, 2009). A capacidade térmica é definida 
como: 
C = 
Q
ΔT
 
 Onde: Q é a quantidade de calor recebido ou cedido por um corpo, ΔT é a 
variação da temperatura. O valor de C geralmente não é constante, variando de acordo 
com a faixa de temperaturas que está sendo submetido o corpo. No sistema 
internacional de medidas a unidade da capacidade térmica é Joule por Kelvin (J/K) 
(HALLIDAY, RESNICK, 2009). 
 Quanto ao calor específico que é a quantidade de calor necessária para elevar 
em 1ºC a temperatura de uma unidade de massa desse material. Sabe-se que a 
capacidade térmica dos corpos que são constituídos de um único material, é 
proporcional à massa do corpo, onde, a constante de proporcionalidade c é uma 
característica do material, isto é para cada material temos um valor de c. Onde é 
denominado o calor específico do material (HALLIDAY, RESNICK, 2009). O calor 
específico é definido como: 
c = 
Q
m ∗ ΔT 
 
 Onde: Q é a quantidade de calor recebido ou cedido por um corpo, ΔT é a 
variação da temperatura e m é a massa do corpo ou sistema. No sistema internacional de 
medidas a unidade do calor específico é Joule por Kelvin vezes kg (J/K*kg) 
(HALLIDAY, RESNICK, 2009). 
 Neste relatório será determinado experimentalmente o calor específico do 
alumínio. 
2. Objetivo: 
 
 Determinar o calor específico do alumínio e a capacidade térmica do 
calorímetro. 
 
 
3. Material e Métodos 
3.1 Materiais Utilizados: 
 Proveta de 150 mL, calorímetro de capacidade 230 mL, termômetro – 10 °C a 
110 °C, béquer de 250 mL, fogareiro elétrico, corpo de prova(alumínio), tela de amianto 
10x10cm, tripé para o fogareiro elétrico, balança analítica. 
 
 
3.2 Procedimento Experimental: 
 
capacidade térmica do calorímetro 
1. Foi medido, na proveta, 50 mL de água retirada diretamente da torneira; 
2. Transferiu-se os 50 mL de água para o calorímetro, logo em seguida agitou-se o 
mesmo tendo o objetivo de que a água atinja o equilíbrio térmico, por fim, com o 
termômetro, foi medida a temperatura que estava de 26,5 °C; 
3. Mediu-se na proveta 80 mL de água retirada diretamente da torneira; 
4. Foi transferido os 80 mL de água para um béquer de 100 mL. O béquer foi posto 
sobre um fogareiro elétrico com o intuito de aquecer a água até 60 °C, porém a 
temperatura real foi 61 °C. Posteriormente, essa água foi transferida rapidamente 
para o calorímetro e em seguida foi medida a temperatura do calorímetro com o 
termômetro, observou-se o comportamento da temperatura, por fim, o calorímetro 
foi agitado visando uma maior facilidade para que a água entre em equilíbrio 
térmico. Após cinco minutos, tempo de estabilização da temperatura da água, a 
temperatura medida que é a mesma temperatura de equilíbrio térmico, estava em 51 
°C. 
 
 Calor específico do Alumínio 
 
A. Foi pesado na balança analítica a massa do corpo de prova, com uma massa de 
29,9805 g; 
B. Na proveta, mediu-se 150 mL de água retirada diretamente da torneira, logo em 
seguida transferiu-se essa quantidade de água para um béquer de 250 mL para 
pô-lo sobre um fogareiro elétrico até que a água entre em ebulição; 
C. Novamente foi medido, na proveta, 100 mL de água retirada diretamente da 
torneira; 
D. A água medida no item C foi transferida para um calorímetro e imediatamente 
agitada suavemente durante trinta segundos; 
E. Com o termômetro, foi medida a temperatura do calorímetro (calorímetro com 
água), a temperatura foi de 28°C; 
F. Colocou-se o corpo de prova na água em ebulição; 
G. Aguardou-se alguns minutos e mediu-se a temperatura do corpo. Temperatura de 
94°C; 
H. Foi transferido o corpo de prova para o calorímetro rapidamente e em seguida 
agitou-se o mesmo. 
I. Durante o processo foi observada a temperatura indicada no termômetro, 
aguardou-se a temperatura estabilizar. 
J. A temperatura de equilíbrio térmico foi de 32 °C. 
 
 
4. Resultado e Discussão: 
 
Capacidade térmica do calorímetro 
 
A partir do experimento, têm-se os seguintes cálculos: 
 
M1(g) M2(g) T1(°C) T2(°C) TE(°C) C(cal/g*°C) 
50 80 26,5 61 51 - 17,35 
Tabela 1: Valores obtidos no experimento 
Lembrando que como a densidade da é 1g/cm3 é permitido a relação matemática 1 mL = 
1g, logo: 
50 mL = 50 g 80 mL = 80 g 
 
Equações: 
 
Onde: 
Q: Quantidade de calor 
m: massa 
c: capacidade térmica 
Θ: temperatura 
 
I. Qrecebida(água fria) + Qrecebida(calorímetro) + Qcedida(água quente) = 0 
II. Q = m * c*( T2 – T1) 
III. C = m * c 
 
 Relacionando a equação I e equação II têm-se: 
 
m1 * cágua*( TE - T1) + c*( TE - T1) + m2 * cágua*( T2 – TE) = 0 
 
onde: 
m1: massa de água fria 
m2: massa de água quente 
TE: temperatura do equilíbrio térmico 
T1: temperatura inicial da água fria e do calorímetro 
T2: temperatura inicial da água quente 
 
m1 * cágua*( TE - T1) + C*( TE - T1) + m2 * cágua*( T2 – TE) = 0 
C = 
[ m2 ∗ cágua∗( T2 – TE)− m1 ∗ cágua∗( TE − T1)]( TE − T1)
 
C = 
[80g ∗ (61°C – 51°C)+ 50𝑔∗ (51°C – 26,5°C)]
(51°C – 26,5°C)
 
C = 
800g°C−1225g°C
24,5°C
 
C = 
−425g°C
24,5°C
 
C = - 17,35 cal/g°C 
 
 Como o calorímetro estava completamente vedado o processo foi adiabático 
uma vez que não a troca de calor do sistema com a vizinhança. 
 
Calor específico do Alumínio 
 
Equações: 
 
Onde: 
Q: Quantidade de calor 
m: massa 
c: capacidade térmica 
Θ: temperatura 
 
IV. Qrecebida(água fria) + Qrecebida(calorímetro) + Qcedida(água quente) = 0 
V. Q = m * c*( T2 – T1) 
VI. C = m * c 
 
 Relacionando a equação I e equação II têm-se: 
 
Qrecebida(água) + Qrecebida(calorímetro) + Qcedida(corpo de prova) = 0 
m2 * cágua*( TE – T2) + C*( TE - T2) + m1 * cx*( T2 – TE) = 0 
100g * 1 cal/g°C *( 32°C – 28°C) + (- 17,35 cal/g°C) *( 32 °C – 28°C) + 29,9805 g * 
cx*( 94 °C – 32 °C) = 0 
400 cal – 69,4 cal/g + 1858,79 g°C * cx = 0 
cx = - 0,17 cal/g°C 
cx = 0,17 cal/g°C 
 
Material Calor específico tabelado 
(cal/g°C) 
Calor específico calculado 
(cal/g°C) 
Alumínio 0,22 0,17 
Tabela 2 calor específico tabelado e calculado do alumínio 
 
 Um termo comum as duas experiências foi bastante citado, o equilíbrio 
térmico. Do princípio da Lei Zero da Termodinâmica, ocorre quando é colocado dois ou 
mais corpos com temperaturas diferentes em contato de forma que o calor é a energia 
que será transferida do corpo com a temperatura mais alta para o corpo com a 
temperatura mais baixa, o contrario também é válido pode ser citado como exemplo 
quando é adicionado cubos de gelo em uma bebida qualquer observa-se que a bebida 
passa a ficar bem gelada em termos físico houve a transferência de calor do mais frio 
para o mais quente. 
 
 
5. Conclusão: 
 
 Em virtude do experimento proposto, após a completa realização do 
experimento, determinou-se o calor específico do alumínio que foi de 0,17 cal/g°C 
como esse valor já foi determinado e é de 0,22 cal/g°C, logo o desvio padrão do que foi 
valor obtido prática experimental com o valor que já contem na literatura é de 0,0353. 
 
 
6. Referências: 
 
1. HALLIDAY, D; RESNICK, R,“Fundamentos de Física”. Vol. 2. 9 ed. Editora 
LTC, 9ª ed. 190. p. 2009. 
2. YOUNG, H. D; FREEDMAN, R. A., “Física II Termodinâmica e Ondas”. 12ª 
ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 184 - 185. p. 2008. 
 
 
7. Apêndice 
Apêndice 1 – Exercícios 
Qual a natureza da substância utilizada no experimento ? 
Metal. 
 
Por que o corpo de prova foi aquecido indiretamente ? 
Por causa das trocar de calores, de acordo com a lei zero da termodinâmica, corpos de 
diferentes temperaturas em contato, as suas diferente temperaturas tendem a ir para um 
estado de equilíbrio térmico. 
 
Por que é necessário aguardar alguns minutos, após a ebulição da água para utilizar de 
prova ? 
Para otimizar o processo de troca de calor entre a água e o corpo de prova. 
Por que o calorímetro deve ser agitado após a introdução do corpo de prova? 
Se faz necessário para que os corpos entrem em equilíbrio térmico. 
Qual o valor obtido para o calor específico ? 
0,17 cal/g°C 
 
Comparar o valor calculado do calor específico com o valor tabelado. 
Material Calor específico tabelado 
(cal/g°C) 
Calor específico calculado 
(cal/g°C) 
Alumínio 0,22 0,17 
 
O calor específico depende da substância ? 
Sim, o calor específico depende somente da substância, não da quantidade de massa, 
pois ele é definido com a quantidade de calor necessária para elevar uma unidade de 
massa de um grau Celsius (ou Kelvin, ou Fahrenheit). 
 
O calor específico depende da massa da substância ? 
Não, o calor específico depende da natureza do material. A capacidade térmica é que 
depende da massa. 
 
Qual a vantagem de se utilizar corpos de prova relativamente grandes ? 
Na verdade é desvantajosa a utilização de corpos relativamente grandes nos 
experimentos, pois a proporção não seria adequada pela dificuldade de se trabalhar com 
os mesmos, entretanto, o valor calculado se assemelhou ao valor tabelado de calor 
específico.