Relatório Calor específíco 1

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	Ministério da Educação
UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
Campus Londrina
	
ENGENHARIA QUÍMICA
DISCIPLINA: FÍSICA 2 – FI62A – TURMA- EQ31
EXPERIMENTO:
CALOR ESPECÍFICO
				 
CALOR ESPECÍFICO
1 – Introdução
Calor específico é a quantidade de calor necessária para que cada grama de uma substância sofra uma variação de temperatura correspondente a 1°C. Essa grandeza é uma característica de cada tipo de substância e indica o comportamento do material quando exposto a uma fonte de calor.
A tabela a seguir indica o calor específico de algumas substâncias.
Tabela 1. Calor específico de algumas substâncias segundo a literatura.
No estudo da Calorimetria, o calor específico está presente na definição matemática do calor sensível e da capacidade térmica de um material. Alguns fenômenos cotidianos podem ser mais bem compreendidos a partir da definição de calor específico.
Observe na tabela anterior que o calor específico da areia é cinco vezes menor que o da água. Enquanto cada grama de areia precisa de apenas 0,2 cal para variar a sua temperatura em 1°C, a água precisa de 1 cal para executar a mesma tarefa. Compreendemos aqui a razão pela qual durante o dia a areia da praia apresenta-se em uma temperatura superior à da água.
Podemos ainda definir outra grandeza chamada capacidade térmica. A capacidade térmica de um corpo (C) corresponde à razão entre a quantidade de calor recebida e a variação de temperatura sofrida pelo corpo. Essa grandeza mostra o comportamento dos corpos diante do recebimento de calor. O calor específico de um material é definido como a razão entre a capacidade térmica de um corpo por sua massa:
Para calcular o calor específico das substâncias utiliza-se a seguinte fórmula:
 ou 
Onde,
c: calor específico (cal/g.°C ou J/Kg.K)
Q: quantidade de calor (cal ou J)
m: massa (g ou Kg)
Δθ: variação de temperatura (°C ou K)
C: capacidade térmica (cal/°C ou J/K)
No Sistema Internacional (SI), o calor específico é medido em J/Kg.K (Joule por quilograma e por Kelvin). No entanto, é muito comum ser medido em cal/g.°C (caloria por grama e por grau Celsius).
2 – Materiais
1 calorímetro;
1 béquer de plástico de 250 ml;
2 béquer de virdo de 1 L;
1 isopor;
1 balança digital;
1 termômetro digital –50 /+150 oC;
1 aquecedor elétrico;
1 amostra de metal ;
Papel toalha.
3 – Procedimento experimental
	Na prática 1, a temperatura ambiente do laboratório foi medida através de um termômetro preso a uma haste de ferro e o valor encontrado foi anotado como a temperatura de referência. A massa de 1 litro de água foi medida em uma balança digital, que foi tarada com um béquer de 1L em cima. Após a pesagem, a temperatura inicial da água foi medida com o termômetro digital e o valor foi anotado. Depois ligou-se o aquecedor e por imersão, ele foi colocado dentro do béquer de vidro e ficou ligado por 1 minuto. Depois desse tempo, o aquecedor foi desligado, mas continuou submerso e sob agitação lenta por no máximo 5s. A temperatura final da água dentro do béquer de vidro foi medida e anotada. Esse procedimento foi repetido para água em um béquer de plástico e água em um isopor. 
	Na prática 2, o calorímetro vazio foi pesado em uma balança digital e a temperatura inicial do mesmo foi medida e anotada. Depois desse procedimento, foi aquecido, até 60 oC, 1L de água em um béquer de vidro. Cerca de 150 mL de água aquecida foi transferida para um béquer de plástico de 250 mL e a temperatura foi medida novamente. A quantidade de 150 mL de água foi transferida para o calorímetro que foi fechado imediatamente. A temperatura do sistema foi monitorada por 1 minuto, até que o sistema entrasse em equilíbrio. A temperatura de equilíbrio do sistema calorímetro + água foi medida e anotada. Depois, o calorímetro + água foi pesado e a massa de água dentro do calorímetro foi determinada. Ao final do experimento, a água do calorímetro foi despejada na pia e o calorímetro foi desmontado e cada parte dele foi lavada com água corrente por 1 minuto. Depois, todas as suas partes foram secas com papel toalha e o calorímetro foi montado novamente. 
	Na prática 3, foi medida a massa de uma amostra contendo 3 pedaços de metal e do calorímetro vazio. Durante 1 minuto a temperatura interior do calorímetro vazio foi monitorada e apenas a última foi anotada. As amostras do metal foram inseridas no calorímetro e a temperatura do sistema calorímetro + amostras foi monitorada por 1 minuto. Novamente 1L de água foi aquecida até 60 oC com o aquecedor em um béquer de vidro. Aproximadamente 150 mL dessa água aquecida foi transferida para um béquer de plástico de 250 mL e a temperatura foi medida. A água foi despejada rapidamente no calorímetro e tampado em seguida. A água dentro do calorímetro foi agitada por uma haste por volta de 1 minuto, até que o sistema atingiu a temperatura final do equilíbrio. Por fim, foi medida a massa do calorímetro com água e as amostras.
4 – Dados Experimentais
DADOS DO EXPERIMENTO 1:
 Temperatura ambiente: 22oC±1 oC
	SISTEMAS
	PESO (±0,01g)
	TEMPERATURA INICIAL (±1OC)
	TEMPERATURA FINAL (±1OC)
	TEMPO (±0,5s)
	Béquer de vidro
	1001,07g
	18,5 oC
	29,8 oC
	60,29s
	Béquer de plástico
	1002,68g
	20,6 oC
	32,7 oC
	60,31s
	Isopor
	611,25g
	20,8 oC
	40,4 oC
	60,24s
Tabela 2. Dados da água contida nos sistemas citados para o cálculo do calor específico da água.
 
DADOS DO EXPERIMENTO 2:
Massa do calorímetro vazio: 157,04g
Massa do calorímetro + água: 294,93g
Tabela 3. Dados da água contida nos sistemas citados para o cálculo da capacidade térmica do calorímetro.
	SISTEMAS
	TEMPERATURA INICIAL (±1OC)
	TEMPERATURA FINAL (±1OC)
	Béquer de vidro
	23,3
	60,7
	Béquer de plástico (250 mL)
	23,3
	57,1
	Calorímetro + água
	23,3
	54,7
DADOS DO EXPERIMENTO 3:
Massa do calorímetro vazio: 157,04g
Massa do calorímetro + água + amostras: 351,65g
Tabela 4. Dados do calorímetro, das amostras e da água usados para o cálculo do calor específico das amostras e identificação do metal.
	SISTEMAS
	TEMPERATURA INCIAL (±1oC)
	TEMPERATURA FINAL (±1oC)
	Calorímetro vazio
	22
	21,3
	Calorímetro + amostra
	22
	21,9
	Calorímetro + amostra + água
	22
	54,2
	Béquer de plástico (250 mL) com água
	22
	59,8
5 – Cálculos e Análises
5.1 – Exemplificando cálculos e análises
	A partir das medidas realizadas e dos dados coletados foi possível calcular o calor específico da água. Relacionando as equações , onde ∆Q= W, e chegou-se à , que foi usada para calcular o calor específico da água em cada recipiente utilizado.
Béquer de vidro:
 => => J/g.oC
Béquer de plástico:
 => => J/g.oC
Isopor:
 => => J/g.oC
	Foi possível então calcular o calor específico médio (cm) dos valores encontrados nos três recipientes. Esse valor foi utilizado para calcular o desvio padrão (σ) dos três experimentos realizados.
 J/g.oC
	Pelo fato de todos os instrumentos realizados para a coleta dos dados possuírem um erro associado, também foi calculado o erro de cada elemento. Esse cálculo foi feito através da propagação da derivada, que é descrita pela equação abaixo:
	Cada parcela dessa equação foi calculada separadamente a fim de facilitar os cálculos e o resultado de cada uma delas está representado a seguir:
 
	
	Substituindo todos os valores obtidos, ∆P = 43,25 W, ∆∆t=0,5 s, ∆∆T = 1℃ e ∆m= 0,01g, foi possível obter os valores de erro para cada recipiente. Dessa forma, foi calculada a média entre esses erros e os resultados encontrados são descritos na tabela 1.
Tabela 5. Erro propagado através da derivada parcial
	
	Béquer de vidro
	Béquer de plástico
	Isopor
	
	0,71
	0,17
	0,54
	 médio 
	0,47
	Então, pode-se relacionar média dos erros propagados por derivada parcial com o desvio padrão através da seguintefórmula: .
	Sendo assim, o calor específico da água com o seu erro final associado é .
	A partir dos dados coletados na prática 2,foi possível calcular a capacidade térmica do calorímetro através da equação:
	Então, juntamente com os dados coletados na prática 3, foi possível calcular o calor específico das amostras de metal através da equação:
	Assim, foi possível identificar o material das amostras, ao comparar o valor de calor específico encontrado no experimento com os valores tabelados na literatura. De acordo com a literatura, a tabela 2 apresenta a identificação do possível material:
Tabela 6. Valor do calor específico calculado e da literatura e identificação do material das amostras
	Valor calculado
	Valor da literatura
	Material identificado
	
	0,910 
	Alumínio
	
6 – Conclusões 
O experimento teve como objetivo principal determinar calor específico da água e do alumínio. Calor específico é uma grandeza física que define a variação térmica de determinada substância ao receber determinada quantidade de calor. Na unidade do SI é dada em joule por quilograma e por Kelvin (J/kg.K). Uma unidade usual bastante utilizada para calores específicos é dada em caloria por grama e por grau Celsius (cal/g.ºC). Para determinar o calor específico da água e do alumínio no experimento, foram utilizados fórmulas e empregadas tabelas. A água chegou próxima ao valor de calor específico tabelado. Já com o alumínio foi observado um valor discrepante rem relação ao calor específico tabelado deste material, isso se da devido a erros que aconteceram durante o experimento, como o manuseio incorreto dos instrumentos, falha na medição e baixa precisão na coleta de dados.
7 – Referências
 CALOR ESPECÍFICO. Disponível em: <https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-calor-especifico.htm.> Acesso em : 08/09/2018.
CALORIMETRIA. Disponível em: <https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/calor-especifico.htm.> Acesso em : 08/09/2018.
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