Relatório 04 Termodinâmica

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Capacidade Calorífica dos Metais 
 
Ana Carolina Siqueira Gonçalves; Fernanda Tiemi Isseri; Roberta Pestana da Silva 
Departamento de Engenharia de Materiais, Universidade Tecnológica Federal do Paraná – 
UTFPR, Londrina, Paraná, Brasil 
e-mail: anagoncalves@alunos.utfpr.edu.br; fernanda.tiemii@hotmail.com; 
betaps_10@hotmail.com; 
 
Resumo. O calor específico representa a quantidade de energia necessária para elevar de 1°C a 
temperatura de 1g de uma determinada substância. Essa quantidade de energia varia de 
substância para substância e, então, o calor específico é um parâmetro que caracteriza uma dada 
substância. No presente trabalho foi determinado o calor específico de três metais – cobre, 
alumínio e aço – comparando os valores experimentais com aqueles encontrados em literatura 
especializada. 
Palavras chave: calor específico, metais, cobre, aço, alumínio. 
 
Introdução
O calor é a energia transferida de um sistema 
para outro devido à diferença de temperatura [1]. 
Portanto sua quantidade pode ser medida com a 
mesma unidade que se mede energia. Dessa 
forma tem-se que quantidade de calor é 
uma grandeza física que indica a variação na 
quantidade de energia térmica em um corpo. A 
unidade para quantidade de calor no Sistema 
Universal é o J (Joule), mas comumente usa-se 
cal (Caloria) e estão relacionadas da seguinte 
forma: 
1 𝑐𝑎𝑙 = 4,18 𝐽 
 
Se um corpo A que está a uma temperatura 
T1 for colocado em contato com um corpo B a 
uma temperatura T2, considerando que T1 e T2 
são diferentes e que os corpos estão dentro de 
uma caixa constituída de um material isolante, 
após um determinado período de tempo os corpos 
A e B estarão com a mesma temperatura. Com 
isso é possível concluir que o corpo A está em 
equilíbrio com o corpo B. Se esse mesmo corpo 
A for colocado em contato com um corpo C, a 
uma determinada temperatura, ocorrerá também 
o processo de equilíbrio térmico e 
consequentemente, os corpos B e C também 
estarão em equilíbrio. Essa é a Lei Zero da 
Termodinâmica [1]. 
A quantidade de calor é proporcional à massa 
do material que o corpo é constituído e a variação 
de temperatura que o corpo sofre. Dessa forma, a 
quantidade de calor é dada pela equação a seguir: 
 
𝑄 = 𝑚 . 𝑐 . (𝑇𝑓 − 𝑇𝑖) 
 
Onde 𝑄 indica a quantidade de calor recebida 
ou cedida, 𝑚 a massa do objeto em questão, 𝑐 
representa o calor específico e 𝑇𝑖, 𝑇𝑓 são as 
temperaturas inicial e final, respectivamente. 
Dessa forma, corpos com maior temperatura 
possuem maior energia térmica. Quando um 
corpo de maior energia é colocado em contato 
com um de menor energia, a tendência é que flua 
energia do que possui maior energia para o de 
menor energia. Quando os corpos estiverem em 
equilíbrio térmico, cessa-se a troca de energia. 
Procedimento Experimental 
Materiais e equipamentos 
 Um calorímetro; 
 Dois termômetros de bulbo de 
mercúrio; 
 Um termômetro digital; 
 Uma balança de precisão; 
 Dois béqueres de 250ml; 
 Uma pinça longa de metal; 
 Uma placa de aquecimento; 
 Uma proveta de 100ml; 
 Duas amostras de cobre; 
 Duas amostras de alumínio; 
 Duas amostras de e aço; 
 Água destilada; 
Procedimentos Experimentais 
 
O experimento foi dividido em duas partes: 
 
 
 
 
 
Parte I 
 
Foi inserido no calorímetro 50g de água 
destilada a temperatura ambiente e anotou-se a 
temperatura no interior do calorímetro. Em 
seguida foi aquecida uma quantidade de 50g de 
água destilada na placa quente até a temperatura 
de aproximadamente 60ºC. A água aquecida foi 
inserida no calorímetro rapidamente e esperou-se 
até atingir o equilíbrio térmico. Este 
procedimento foi realizado três vezes. 
 
Parte II 
 
Na segunda parte foi inserida 100g de água 
destilada no calorímetro que foi fechado com o 
intuito de se obter-se a temperatura de equilíbrio 
térmico da água com o calorímetro. Esta medida 
foi feita através de um termômetro de bulbo de 
mercúrio. Em seguida, foram aferidas as massas 
das amostras de cobre, alumínio e aço. Logo 
após, acrescentou-se 100mL de água destilada no 
béquer de 250mL e as amostras foram colocadas 
no béquer que foi levado à placa aquecedora. 
Assim que o termômetro de bulbo marcou a 
temperatura de aproximadamente 60 °C, as duas 
amostras de cobre foram retiradas com uma pinça 
longa de metal e colocadas no interior do 
calorímetro, a fim de obter-se a temperatura de 
equilíbrio termodinâmico do metal e o mesmo 
processo foi realizado com as outras respectivas 
amostras de metais (alumínio e o aço). 
 
Resultados e discussão 
Na primeira parte do experimento, a água 
quente foi adicionada no calorímetro que tinha 
água a temperatura ambiente, a partir disso 
anotou-se a temperatura do equilíbrio térmico do 
sistema quando ele foi atingido (Dados que 
podem serem observados na tabela 1). Como, ao 
absorver calor Q > 0 e ao transmitir calor Q < 0, 
a soma de todas as energias térmicas é nula, ou 
seja, quando há uma troca de calor entre corpos 
de um sistema, a soma das quantidades de calor 
que cedido é igual, à soma da quantidade de calor 
absorvido. Logo: 
 
𝑄𝑐𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 + 𝑄𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑜 = 0 
 
Neste caso, o calorímetro e a água à 
temperatura ambiente contida nele são aqueles 
que absorvem o calor cedido pela água quente. 
Logo: 
 
Qágua quente + Qágua fria + Qcalorímetro = 0 
 
Temos que após um período de tempo, corpos 
que antes estavam em temperaturas distintas, 
estacionam em uma mesma temperatura de 
equilíbrio (Teq), ou seja, estes corpos atingem o 
Equilíbrio Térmico. Como: 
 
𝑄 = 𝐶 . ∆𝑇 
Portanto: 
 
𝑄á𝑔𝑢𝑎 𝑞𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒 = 𝐶𝑎𝑞 . ∆𝑇𝑎𝑞
= 𝑚𝑎𝑞 . 𝑐𝑎𝑞 . (𝑇𝑒𝑞 − 𝑇𝑎𝑞) 
 
𝑄á𝑔𝑢𝑎 𝑓𝑟𝑖𝑎 = 𝐶𝑎𝑓 . ∆𝑇𝑎𝑐
= 𝑚𝑎𝑓 . 𝑐𝑎𝑓 . (𝑇𝑒𝑞 − 𝑇𝑎𝑞) 
 
𝑄𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟í𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 = 𝐶𝑐 . ∆𝑇𝑐 = 𝐶𝑐 . (𝑇𝑒𝑞 − 𝑇𝑎𝑓) 
 
Sendo assim, 
 
𝐶𝑐 = 
− 𝐶𝑎𝑞 (𝑇𝑒𝑞 − 𝑇𝑎𝑞) + 𝐶𝑎𝑓 (𝑇𝑒𝑞 − 𝑇𝑎𝑓)
(𝑇𝑒𝑞 − 𝑇𝑎𝑓)
 
 
 
A partir desses dados observa-se que é 
possível encontrar a capacidade térmica do 
calorímetro dessa outra maneira. 
 
Os dados obtidos de temperatura de 
aquecimento, temperaturas ambientes, 
temperaturas de equilíbrios e os Capacidades 
Caloríficas calculadas para cada metal se 
encontram na tabela a seguir: 
 
Tabela 2: Temperaturas de aquecimento (Taq), 
Temperaturas ambientes da água no calorímetro 
(Taf), Temperaturas de Equilíbrio (Teq). 
Ensaio Taq(°C) Taf(°C) Teq(°C) 
Cobre 60 24 43 
Alumínio 60 25 41 
Aço 60 26 40 
 
Os valores de massa aferidos das amostras de 
cobre, alumínio e aço através da balança de 
precisão estão apresentadas a seguir na tabela 3: 
 
 
Tabela 1: Dados coletados na parte I do experimento. 
nº de 
ensaios 
Temperatura 
ambiente 
(°C) 
Temperatura 
ambiente da 
água (°C) 
Temperatura 
de 
Equilíbrio 
(°C) 
Ensaio I 21 24 43 
Ensaio II 21 25 41 
Ensaio II 21 26 40 
Tabela 3: Massas aferidas das amostras de 
Cobre, Alumínio e Aço (g) 
Metal Amostra I Amostra II 
Cobre 22,93 31,18 
Alumínio 5,74 5,75 
Aço 21,37 21,16 
Pelo Princípio da Igualdade das Trocas de 
Calor quando há uma troca de calor entre corpos 
de um sistema, a soma das quantidades de calor 
cedido é igual, em módulo, à soma da quantidade 
de calor absorvido. Portanto, no experimento: 
 
𝑄𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟í𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 + 𝑄á𝑔𝑢𝑎 + 𝑄𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙 = 0 
Sendo, 
𝑄𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟í𝑚𝑒𝑡𝑜 = 𝑄𝑐 = 𝐶𝐶 . ∆𝑇𝑐
= 𝑚𝑐 . 𝑐𝑐 . (𝑇𝑒𝑞 − 𝑇𝑐) 
𝑄á𝑔𝑢𝑎 = 𝑄𝑎 = 𝐶𝑎 . ∆𝑇𝑎
= 𝑚𝑎 .𝑐𝑎 . (𝑇𝑒𝑞 − 𝑇𝑎) 
𝑄𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙 = 𝑄𝑚 = 𝐶𝑚 . ∆𝑇𝑚
= 𝑚𝑚 . 𝑐𝑚 . (𝑇𝑒𝑞 − 𝑇𝑚) 
O valor da capacidade calorífica do 
calorímetro Cc utilizada foi de 171,67 J/°C, dado 
este calculado em um experimento anterior. Uma 
vez que sempre que os metais eram retirados do 
béquer a temperatura estava em torno de 
(6±0,5)°C, a temperatura do metal foi estipulada 
em 61ºC. Os dados obtidos experimentalmente e 
os valores de calor específico calculados para 
cada metal, assim, são apresentados na Tabela 4. 
 
Tabela 4: Resultados obtidos 
experimentalmente 
Ensaio Taq(°C) Taf(°C) Teq(°C) Cc(J/g.ºC) 
Cobre 60 24 43 0,2759 
Alumínio 60 25 41 0,6496 
Aço 60 26 40 0,3291 
 
A partir dos resultados calculados foi 
possível comparar o calor específico de cada 
metal em relação a valores de suas respectivas 
densidades teóricas. Como apresentado na 
tabela 5: 
 
Tabela 5: Densidades teóricas das amostras em 
estudo. 
Metal Densidade (g/cm3) 
Cobre 8,93 
Alumínio 2,70 
Aço 7,85 
 
Conclusão 
 
Com os dados obtidos experimentalmente foi 
possível chegar bem próximo ao valor do calor 
específico teórico dos metais das amostras em 
questão com uma variação considerável, que 
pode ser explicada por erros de leitura 
experimental e algum procedimento não 
executado da melhor maneira o possível. 
Conforme observado em pesquisa, para o cobre 
obteve-se Cc = 0,28 (J/g°C), para o alumínio Cc 
= 0,65 (J/g°C) e o aço Cc= 0,33 (J/g.ºC). 
Observou-se que a variação entre a 
temperatura inicial do calorímetro e a 
temperatura final de equilíbrio interferem no 
calor específico do metal, uma vez que ele é 
inversamente proporcional à essa variação de 
temperatura. 
Portanto, o cobre e o aço que sofreram uma 
maior variação de temperatura, tem o menor 
calor específico, enquanto que o alumínio, que 
foi submetido a menor variação, tem o maior 
calor específico. O mesmo pode ser dito em 
relação a massa dos metais, já que elas também 
são inversamente proporcionais ao calor 
específico. Então, no caso do cobre, por exemplo, 
que possui uma massa mais elevada comparado 
aos outros metais, seu calor será baixo. Uma vez 
que a densidade média de um metal está 
fortemente relacionada com a sua massa molar, 
em termos gerais, há uma forte correlação 
inversa entre a densidade do metal e o calor 
específico a pressão constante. Metais grandes de 
baixa densidade tendem a absorver mais calor do 
que um pequeno de mesma massa, porém com 
densidade mais elevada que o primeiro, porque 
contém mais átomos. Consequentemente, em 
termos gerais, há uma forte correlação entre o 
volume de um metal e a sua capacidade total de 
calor. 
Logo, conclui-se que, apesar dos inúmeros 
fatores que interferem na determinação 
experimental do calor específico de um metal – 
massas dos corpos envolvidos, condições 
ambientes, precisão e destreza do operador – as 
análises foram válidas, uma vez que os resultados 
se mostraram similares àqueles presentes na 
literatura. 
 
Referências 
 
[1] HALLIDAY, D., RESNICK,R., WALKER, 
J., Fundamentos de física. 8ª edição, vol. 2, 
editora LTC, 2006. 
 
[2] CASTELLAN, Gilbert. Fundamentos de 
Físico-Química. LTC (1986). 
 
[3] CALLISTER, Jr., W.D., Ciência e 
Engenharia dos Materiais, uma Introdução, 7ª 
Edição, Ed. Guanabara, 2008. 
[4] Tabela de Densidade dos Materiais, 
Disponível em: 
<http://www.euroaktion.com.br/Tabela%20de%
20Densidade%20dos%20Materiais.pdf> 
Acesso em: 05 de abr. de 2017.