Determinação da Capacidade Calorífica dos Metais

Prévia do material em texto

Capacidade calorífica de alguns metais 
Carlos Augusto H. Candido, Laís Cristina P. Ferreira, Vitor G. Bigelli, Vitor S. Fiorin. 
Engenharia de Materiais – Universidade Tecnológica Federal do Paraná 
– Londrina – Paraná - Brasil 
e-mail: vitorbigelli@hotmail.com 
 
Resumo. Este relatório tem como principal objetivo determinar o calor específico de diferentes 
materiais. Para a realização de tal feito, partiu-se do conceito de quantidade de calor e 
principalmente das definições da lei zero da termodinâmica disponível na literatura. 
 
Palavras chave: Calor específico, lei zero, termodinâmica. 
 
Introdução 
As medições de temperatura possuem como 
alicerce a lei zero da termodinâmica. Esta 
estabelece que “quando dois corpos tem igualdade 
de temperatura com um terceiro corpo, eles terão 
igualdade de temperatura entre si.”[1] 
Tem-se por definição que calor é um fluxo de 
energia, ou energia em trânsito, que se manifesta 
quando existem dois ou mais sistemas com 
temperaturas diferentes e que flui, 
espontaneamente, dos corpos mais quentes para os 
mais frios, até que se atinja o equilíbrio térmico ou 
que a interação entre eles seja desfeita. [2] 
Partindo de um levantamento prévio sobre os 
objetivos do experimento proposto, buscou-se 
trabalhar os conceitos adquiridos em sala de aula e 
os obtidos por levantamento da melhor forma 
possível, para que não houvesse diferenças muito 
discrepantes entre os resultados experimentais e os 
resultados teóricos do calor específico dos materiais 
fornecidos pelo professor. 
Procedimento Experimental 
Materiais Utilizados 
1. Calorímetro; 
2. 02 Termômetros; 
3. Balança semi analítica; 
4. Agitador magnético; 
5. Béquer; 
6. Pinça; 
7. Água destilada; 
8. Amostras de cobre, alumínio e aço. 
Procedimento 
 Em um calorímetro de capacidade térmica 
conhecida, adicionou-se cerca de 30g de água 
destilada. O calorímetro foi tampado e esperou-se 
até que seu interior atingisse um equilíbrio térmico. 
Anotou-se a temperatura mostrada pelo 
termômetro. 
Em seguida, adicionou-se aproximadamente 
100ml de água a um béquer e a amostra, 
previamente pesada, de um dos metais foi colocada 
dentro do mesmo. Posicionou-se o béquer sobre o 
agitador magnético e iniciou-se o aquecimento do 
mesmo com um termômetro em contato com o 
material submerso, até que a temperatura chegasse 
nas proximidades de 90ºC. 
Quando a temperatura atingida foi próxima de 
90ºC, anotou-se a mesma e, com o auxílio da pinça 
transferiu-se a amostra metálica para o interior do 
calorímetro. 
O mesmo foi tampado e esperou-se até que a 
temperatura atingisse um equilíbrio. Anotou-se a 
temperatura final. 
O processo foi repetido para as outras duas 
amostras metálicas. 
Resultados e Discussão 
Sabendo-se previamente que as amostras 
metálicas era de cobre, aço e alumínio. Calculou-se 
o calor específico a partir da equação I, onde sabe-
se que o calor específico da água é de 4,18J/ºC 
sabia-se, em experimento realizado anteriormente, 
que a capacidade calorífica do calorímetro é de 
46,5J/ºC. Dessa forma, consultando a bibliografia, 
pôde-se determinar a precisão do experimento para 
determinar tal propriedade, utilizando a equação. 
 
𝑄𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟í𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 + 𝑄á𝑔𝑢𝑎 + 𝑄𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙 = 0 
 
Onde: 
 
𝑄𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟í𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 = ∆𝑇𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟í𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 × 𝐶𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟í𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 
 
𝑄á𝑔𝑢𝑎 = ∆𝑇á𝑔𝑢𝑎 × 𝑚á𝑔𝑢𝑎 × 𝑐á𝑔𝑢𝑎 
 
𝑄𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙 = ∆𝑇𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙 × 𝑚𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙 × 𝑐𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙 
 
Sendo que: 
 
C = Capacidade calorífica; 
c = calor específico; 
T = variação de temperatura; 
m = massa (g) 
 
Experimento 1 
 
Para o experimento 1 utilizou-se uma amostra 
de 44,2458g de cobre, 30,12g de água destilada no 
calorímetro. A temperatura inicial do sistema era de 
24ºC, o metal foi aquecido até 91ºC e, após a 
inserção do metal no sistema e o equilíbrio ser 
atingido, a temperatura observada foi de 30ºC. 
Aplicando-se as os dados na equação I e isolando o 
calor específico do metal em questão temos: 
 
𝑐𝑐𝑜𝑏𝑟𝑒 =
6º𝐶 × 46,5
𝐽
º𝐶 + 6º𝐶 × 30,12𝑔 × 4,18
𝐽
º𝐶
61º𝐶 × 44,2458𝑔
 
 
𝑐𝑐𝑜𝑏𝑟𝑒 = 0,3813
𝐽
𝑔 × º𝐶
= 0,09121 
𝑐𝑎𝑙
𝑔 × º𝐶
 
 
Onde ccobre é o calor específico do cobre. 
 
Experimento 2 
 
Para o experimento 2 utilizou-se uma amostra 
de 37,792g de aço, 30,28g de água destilada no 
calorímetro. A temperatura inicial do sistema era de 
25ºC, o metal foi aquecido até 91ºC e, após a 
inserção do metal no sistema e o equilíbrio ser 
atingido, a temperatura observada foi de 31ºC. 
Aplicando-se as os dados na equação I e isolando o 
calor específico do metal em questão temos: 
 
𝑐𝑎ç𝑜 =
6º𝐶 × 46,5
𝐽
º𝐶 + 6º𝐶 × 30,28𝑔 × 4,18
𝐽
º𝐶
60º𝐶 × 37,792𝑔
 
 
𝑐𝑎ç𝑜 = 0,4579
𝐽
𝑔 × º𝐶
= 0,1096 
𝑐𝑎𝑙
𝑔 × º𝐶
 
 
Onde caço é o calor específico do aço. 
 
Experimento 3 
 
Para o experimento 2 utilizou-se uma amostra 
de 9,8777g de alumínio, 30,48g de água destilada 
no calorímetro. A temperatura inicial do sistema era 
de 25ºC, o metal foi aquecido até 89ºC e, após a 
inserção do metal no sistema e o equilíbrio ser 
atingido, a temperatura observada foi de 28ºC. 
Aplicando-se as os dados na equação I e isolando o 
calor específico do metal em questão temos: 
 
𝑐𝑎𝑙 =
3º𝐶 × 46,5
𝐽
º𝐶 + 3º𝐶 × 30,48𝑔 × 4,18
𝐽
º𝐶
61º𝐶 × 9,8777𝑔
 
 
𝑐𝑎𝑙 = 0,8659
𝐽
𝑔 × º𝐶
= 0,2071 
𝑐𝑎𝑙
𝑔 × º𝐶
 
 
Onde cal é o calor específico do alumínio. 
 
Sabendo-se que os valores encontrados na 
literatura para o calor específico do cobre, do aço e 
do alumínio são, respectivamente de 0,0920cal/ºC, 
0,110cal/ºC e 0,215cal/ºC, chegou-se a conclusão 
que o experimento atendeu as expectativas iniciais. 
A diferença entre os dados obtidos e os valores 
reais podem ser explicados por alguns fatores, 
como: 
- Presença de impurezas nas amostras metálicas; 
- Perda de calor no sistema durante o processo; 
- A capacidade calorífica do calorímetro, como 
foi obtida através de uma média de valores obtidos 
experimentalmente pode apresentar alguma 
diferença da capacidade real. 
Podemos relacionar o calor específico de um 
material com sua densidade muito facilmente. 
Sabe-se que, se tivermos uma amostra, de mesma 
massa e feita do mesmo material porém com 
volumes diferentes, ou seja, densidades diferentes, 
apresentam calores específicos ligeiramente 
diferentes. 
Tal fenômeno está relacionado com a 
quantidade de átomos presentes em uma 
determinada unidade de volume e, 
consequentemente, a quantidade de matéria 
disponível para transportar calor ao longo da 
estrutura. Quanto maior for a densidade, maior é a 
facilidade com que um corpo transmite calor ao 
longo de seu volume e menor é a sua capacidade 
calorífica. Analogamente, quando menor é a 
densidade, maior é a sua capacidade em receber 
energia e, portanto, maior o calor específico do 
material. 
Conclusão 
Dessa forma, concluiu-se que o experimento 
atendeu as expectativas pois, através dele, 
conseguiu-se determinar com certa precisão o calor 
específico de cada um dos metais analisados. 
Concluiu-se também, que a diferença 
encontrada entre o valor obtido e o encontrado na 
bibliografia está, em sua maioria, associado à 
fatores que fogem do controle, como é o caso da 
presença de impurezas. 
Pode-se afirmar também, que o calor específico 
não depende somente da massa e do material que 
compõe o corpo, mas também da sua densidade e, 
consequentemente, do seu volume. 
Referencias 
[1] BORGNAKKE,Claus; SONNTAG, Richard E. 
Fundamentos da termodinâmica. São Paulo, SP: E. 
Blucher, 2009. 
 
[2] Calor e quantidade de calor. Disponível em: 
<http://educacao.globo.com/fisica/assunto/termica/c
alor-e-quantidade-de-calor.html> Acesso em: 27 de 
setembro 2014.