Relatório Calor Específico

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Universidade Federal de Sergipe
Centro de Ciências Extas e Tecnológicas
Departamento de Física
Laboratório de Física A
Turma 10
Calor Específico
Professor: Marcelo Andrade 
Grupo: Amadeus Porto
Douglas Nunes
 Glauber Correia
Guilherme Novaes
 Matheus Alves
Matheus de Carvalho
São Cristóvão – SE
	21 de agosto de 2014	
Sumário
Introdução......................................................................................................03
Objetivos........................................................................................................06
Materiais e Métodos......................................................................................07
Resultados e Discussões................................................................................08
Conclusão......................................................................................................14
Bibliografia....................................................................................................15
Introdução
O calor, é definido como uma troca de energia térmica entre o sistema e o ambiente quando há diferença de temperatura entre eles. Essa transferência de energia flui do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura, que tende ao equilíbrio térmico onde o calor é zero, ou seja, não é nem absorvido e nem perdido. O calor é absorvido quando a transferência de energia interna ocorre do ambiente para o sistema, ou seja, o calor é positivo. Quando ocorre o contrario, o sistema perde energia interna para o ambiente, é dito que o calor é perdido, ou seja, calor negativo.
Entre as propriedades caloríficas dos corpos, estão relacionados a capacidade térmica e o calor especifico. 
A capacidade térmica de um corpo é a constante de proporcionalidade entre uma determinada quantidade de calor e qual a variação de temperatura que esta quantidade de calor ira produzir no corpo.
Onde Ti e Tf são as temperaturas inicial e final do corpo, respectivamente.
O calor específico é a capacidade calorifica proporcional à massa do corpo, ou seja, uma capacidade calorífica por unidade de massa. 
Onde c é o calor específico, m a massa e Ti e Tf são as temperaturas inicial e final do corpo, respectivamente. Nota-se que para a temperatura do corpo de massa m sofrer uma determinada variação, será necessário uma quantidade de calor Q.
Suponha um experimento realizado em um recipiente simples de vidro que permite facilmente a perda de calor para o ambiente. Como primeira fase, considere que seja introduzido nesse recipiente uma determinada quantidade de água aquecida, à exemplo 55°C, com o decorrer do tempo esta temperatura ira diminuir, porque há uma perda de calor para o ambiente. Como inicio da segunda fase, suponha que seja introduzido um pedaço de metal com temperatura inferior a da água, assim a água perderá calor para o metal, uma perda de calor interna no sistema. Note que todo o sistema (recipiente, água e metal) ainda estará perdendo calor para o ambiente. Como inicio da terceira fase, ocorrerá o equilíbrio térmico dentro do sistema e este passará a perder calor apenas para o ambiente.
Na primeira fase temos que o sistema é constituído apenas de água, desconsiderando a interferência do recipiente visto que a sua capacidade térmica é muito inferior a da água. A perda de calor do sistema para a vizinhança nesta fase é dada por:
Na segunda fase, há a troca de calor entre a água (A) e o metal (M) e ainda do sistema para o ambiente. 
Supondo que a massa de água é suficientemente grande ao ponto de envolver toda a massa do metal, pode-se considerar que a perda de calor do sistema para o ambiente seja mínimo no momento em que o metal foi introduzido na água, e desta maneira, a transferência de calor e a taxa com relação ao tempo com que ela evolui são quase idênticas com ou sem a presença do corpo metálico. Desta forma, têm-se:
Assim:
Através da equação de calor especifico( ), temos:
Onde é o calor especifico da água e calor especifico do metal.
Objetivos
O objetivo da atividade realizada em laboratório de física foi determinar o calor específico de uma massa metálica e com a posse desse dado procurar em uma tabela de calor específico dos metais qual seria o material correspondente e também determinar o erro percentual do calor específico da massa metálica medido em relação ao encontrado na tabela. Para isso foram utilizados alguns equipamentos como um termômetro, aquecedor, cronômetro e também um béquer com água. Para obter o valor do calor específico foram feitos alguns cálculos, todos respeitando as propagações das incertezas e também o roteiro experimental para evitar distorções no resultado encontrado, obtendo-se assim um resultado bem consistente.
Materiais e Métodos
Béquer;
Aquecedor;
Termômetro digital;
Cronômetro;
Balança;
Água;
Peça metálica;
Placa de madeira.
Primeiramente a balança foi zerada, calculada a incerteza do equipamento e foi pesada a massa metálica, após isso, a massa metálica foi colocada dentro de um béquer com água, para que fosse medida a sua temperatura. Passado algum tempo (para que a temperatura da massa metálica se estabilizasse com a da água) foi anotada a incerteza do termômetro e inseriu-se o termômetro na água para que fosse medida a temperatura da massa metálica.
Foi medida a massa do béquer vazio e após isso realizamos os cálculos para saber a quantidade de água que seria necessária, foi usado a fórmula dada pelo professor, na qual , após isso foi colocada a quantidade de água no béquer, sabendo que a densidade da água é de 1Kg/L.
O béquer com água foi colocado sobre o aquecedor com o termômetro inserido dentro do béquer, tomando todos os cuidados para que o fio do termômetro nem o fio do aquecedor tocassem na superfície quente, evitando o desgaste do fio. A água foi aquecida até aproximadamente 55°C, em seguida o béquer foi retirado do aquecedor e colocado em cima de uma placa de madeira, usando o próprio termômetro misturamos a água, a fim de evitar diferenças de temperatura na água.
Após isso, foi-se anotando a temperatura da água a cada dez segundos, durante dois minutos, passados dois minutos a massa metálica foi inserida totalmente no béquer com água, tomando cuidado para que a mesma não entrasse em contato nem com o béquer nem com o termômetro e que a massa ficasse com o seu centro a mesma altura do termômetro, e continuou-se anotando a temperatura por cerca de mais três minutos.
Resultados e Discussões
Fórmulas utilizadas:
Propagação da Incerteza
Fórmula para encontrar o calor específico do metal 
Tabela – tempo/temperatura
	t (s)
	T (°C)
	t (s)
	T (°C)
	t (s)
	T (°C)
	10
	58,4
	130
	56,9
	250
	53,3
	20
	58,3
	140
	56,8
	260
	53,2
	30
	58,2
	150
	55,9
	270
	53,1
	40
	58,2
	160
	55,3
	280
	52,9
	50
	58,1
	170
	55,0
	290
	52,8
	60
	57,9
	180
	54,6
	300
	52,7
	70
	57,8
	190
	54,3
	310
	52,5
	80
	57,7
	200
	54,1
	320
	52,3
	90
	57,5
	210
	53,9
	330
	52,3
	100
	57,3
	220
	53,8
	340
	52,1
	110
	57,3
	230
	53,6
	350
	51,9
	120
	57,2
	240
	53,5
	360
	51,8
	
	
	
	
	370
	51,7
Item 1. 
Construa o gráfico de temperatura versus tempo (T(°C) x t (s)). Para melhor análise, o gráfico deve ser divido em três partes: Parte I – representa o processo de transferência de calor do sistema, neste caso a agua, para a vizinhança; Parte II – representa o processo de troca de calor no interior do sistema, entre a agua e a massa metálica; Parte III – transferência de calor do sistema (agua + massa metálica) para a vizinhança. 
Item 2. 
Através do gráfico (ºC) x t (s) determine a temperatura inicial () e final () do sistema com as suas respectivas incertezas, encontrando assim o intervalo de temperatura efetivo, conforme o exemplo do bloco de alumínio mostrado na figura 3 [1].
Item 3.
Com os valores de , , , , , , sabendo que = 1,0 cal/g°C e que = , usando a Equação 8, obtenha o valor do calor específico do metal () com a sua respectiva incerteza.
 = 280,60 0,05 g
 = 70,00 0,05 g
 
 
Como = 
 = 
Assim 
Cálculo da incerteza do calor específico
 , onde e são iguais e igual a 0,1°C.
 = 0,1414
 , onde e são iguais e igual a 0,1°C.
 = 0,1414
= 1,58476462132 . 10²
Item 4. 
Consulte uma tabela de calor específico () de metais e ligas e descubra qual foi o metal utilizado no experimento.
De acordo com a tabela encontrada no artigo *, o valor teórico de 0,215 cal/g°C corresponde ao alumínio, cujo valor é muito próximo ao valor encontrado na realização do experimento, que foi de 0,2035 cal/g°C. Portanto, é possível concluir que o objeto utilizado é composto por alumínio.
Item 5.
Determine o erro percentual de medido em relação ao tabelado (cite na bibliografia onde foi encontrado o valor de para fazer essa comparação)
O valor encontrado foi bem próximo, considerando as condições do experimento e a imperícia dos operadores, cujo valor é bastante tolerável considerando que haja uma tolerância de 10%.
Item 6.
Discuta quais as principais fontes de erros experimentais. 
As possíveis fontes de erros são: impureza da água, desvios na temperatura devido a proximidade ao ar condicionado, falta de precisão em alguma operação na obtenção das temperaturas, ou seja, erro operacional, a homogeneidade da temperatura da água, ou mesmo o termômetro descalibrado.
	Resultados
	
	Sistema
	Metal
	Temperatura Inicial (°C)
	56,8 0,1
	24,8 0,1
	Temperatura final (°C)
	54,3 0,1
	54,3 0,1
	
	Incerteza do Termometro (°C)
	0,1
	Incerteza da Balança (°C)
	0,05
	Massa da Água (g)
	280,60 0,05
	Massa do Becker (g)
	118,00 0,05
	Massa Água/Becker (g)
	349,40 0,05
	Massa do Metal (g)
	70,00 0,05
	 (cal/g °C)
	0,02
	
	C. Específico do Metal 
	0,20 0,02 cal/g °C
5. Conclusão
Dentro do objetivo proposto, conseguimos descobrir o calor específico do metal usado no experimento. Pudemos observar no gráfico Tempo(s) x Temperatura(°C) que a temperatura da água quando introduzida a amostra metálica, apresenta uma queda considerável. E observar que enquanto um corpo fornece calor o outro adquire, isto os torna diferentes quando nos referimos a quantidade de calor. Os conceitos teóricos aprendidos em sala de aula sobre capacidade térmica e calor específico puderam ser assimilados na prática neste experimento a partir da variação de temperatura do conjunto. 
Comparando o resultado do Calor específico (cal/g.°C), com a seguinte tabela, pudemos identificar o material usado no experimento:
Tabela 3: Calor específico de alguns materiais (retirada 
do livro: Guimarães, L. A. M; Boa, M. C. F. Termologia e 
óptica. São Paulo: Editora Harbra, 1997).
Resultado obtido: Calor Específico do Metal (CM): 0,20 0,02 cal/g °C.
Comparando com a tabela, podemos perceber que o metal em questão é o alumínio, pois é o que mais se aproxima do valor obtido.
	O erro percentual de CM medido em relação ao tabelado foi de 5,34%. Dentro da tolerância de 10%. Portanto, um bom resultado.
6. Bibliografia
HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jaerl. Fundamentos de física, volume II: mecânica. Tradução e revisão técnica Ronaldo Sergio de Biasi. 4 ed. Rio de Janeiro: LTC, 2008.
Calor Específico, disponível em: < http://coral.ufsm.br/gef/Calor/calor14.pdf>, acesso em 12/08/2014.
Callister Jr., W.D., Ciência e Engenharia dos Materiais, uma Introdução, 7ª Edição, Ed. Guanabara, 2008.