relatório Calorímetro física 2

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro
 Centro de Tecnologia e Ciências
 Faculdade de Engenharia
 Relatório de Física Experimental II
 Calorímetro
 Prof. José Ricardo Campelo Arruda
 Outubro 2017
Indice
Introdução 
Objetivo 
Materiais utilizados
Procedimentos experimentais
Resultados
Questões
Conclusão
Referencias bibliográficas 
Introdução:
Desde a antiguidade, estudiosos observam as interações entre os corpos no universo. Dentre estes estudos, a energia surge como um ente físico presente na mecânica e termodinâmica. Apesar de amplamente discutida, cientistas a resumem como um fator que a não importando da categoria de fenômeno o qual está envolvido, se conserva.
A partir desta conclusão, a Termodinâmica aborda a comutação da energia sob a forma de calor e energia mecânica nos sistemas físico-químicos. Estabelece-se que dois ou mais corpos, com diferentes níveis de calor, tendem a se estabilizar. A estabilização destes corpos ocorre através de uma troca térmica. Sabe-se que a troca depende do contato entre as partes, direta ou indiretamente. Foi comprovado que após processo citado os corpos envolvidos deterão a mesma quantidade de calor. Disto, diz-se ter alcançado o equilíbrio térmico entre tais partes. Chama-se calor, a quantidade de energia transferida de um sistema para um ambiente ou vice-versa que ocorre devido a troca térmica.
A temperatura representa a grandeza própria de todos os sistemas termodinâmicos em equilíbrio. A sua adoção nos estudos de termodinâmica permite mensurar a variação térmica promovida pelo processo de equilíbrio térmico. Para este propósito, atualmente se utilizam as escalas Celsius, Kelvin e Fahrenheit. Ressalta-se que a energia térmica corresponde à energia cinética e energia potencial associadas aos movimentos aleatórios dos átomos, moléculas e outros corpos microscópicos que existem no interior de um objeto.
Independente do contato, direto ou indireto entre dois indivíduos, devido às diferentes configurações atômicas que um corpo pode possuir, a relação entre o calor recebido ou transmitido por um objeto e a variação de temperatura do mesmo não é igual para todos os corpos do universo. Denominada capacidade térmica, esta relação permite distinguir objetos de acordo com o material que os compõem. Conforme dito, a capacidade térmica determina a quantidade de calor necessária para que haja uma variação unitária de temperatura de um dado corpo.
Com o propósito de mapear as nuances da troca de calor entre composições em particular necessita-se que não haja influência do meio ambiente. Como solução estas são enclausuradas em um recipiente adiabático. O calorímetro é um equipamento utilizado com tal intuito. Sua aplicação permite o estudo da troca de calor entre corpos, principalmente quando um deles está no estado líquido. O isolamento gerado por este equipamento possibilita considerar que o calor cedido por um corpo é correspondente ao calor recebido pelo outro corpo. Por meio desta equivalência, dentre as grandezas térmicas de um material, pode-se determinar a capacidade térmica e o calor específico.
Sabe-se da existência de diversos tipos de calorímetro. Além da capacidade de isolar dois ou mais elementos de influências externas, o calorímetro possui importância no estudo das mudanças físicas que ocorrem com a incidência de reações químicas específicas. Ele permite identificar a taxa e a produção de calor, tornando possível determinar a produção e assimilação de calor e de energia. Três exemplos de calorímetro são os de varredura diferencial, calorímetros de ritmo acelerado e calorímetros isotérmicos.
O presente relatório descreve o uso de um calorímetro didático, o qual é composto por um recipiente metálico contido em um cilindro de vidro vedado por uma tampa metálica munida de um orifício (necessário para a introdução de um termômetro). Sabe-se que o compartimento deste calorímetro, responsável por reter os corpos a serem analisados, influência no resultado final do experimento. Portanto para que se afirmasse a correspondência entre o calor cedido e recebido pelos corpos de prova submetidos a este equipamento, foi necessário determinar a capacidade térmica do mesmo.
Objetivo:
Determinar experimentalmente a capacidade térmica de um calorímetro.
Materiais utilizados:
	Quantidade
	Descrição:
	01
	Calorímetro
	01
	Termômetro
	01
	Bécher
	01
	Garra
	01
	Resistência elétrica 
	-
	Água
Esquema experimental:
 
 Calorímetro com termômetro Água entrando em ebulição com o auxilio da resistência elétrica 
Procedimentos experimentais:
Inicialmente montou-se o arranjo experimental e mediu-se a temperatura ambiente com o auxílio do termômetro. Logo após, foi colocado 250 mL de água à temperatura ambiente no calorímetro e aguardou-se o equilíbrio térmico para medir a temperatura do sistema T1. Mediu-se 100 mL de água em um becher e aqueceu-se a mesma, com o auxílio da resistência elétrica, até a ebulição. Com a utilização do termômetro foi medida a temperatura desta água (T2) Colocou-se essa água no calorímetro, aguardou-se o equilíbrio térmico e mediu-se a temperatura final do sistema (Tf). Determinou-se a constante do calorímetro. Após isso foi realizado o mesmo procedimento usando quantidades de água no calorímetro de 300 mL e 350 mL. Calculou-se o valor médio para a capacidade térmica do calorímetro com o seu respectivo desvio padrão. 
Com os dados obtidos, determinou-se a capacidade térmica(C) do calorímetro(J/K) utilizando a seguinte equação:
Onde:
C = Capacidade térmica do calorímetro.
Massa em ml de água, em (kg).
 Massa água aquecida, em (kg),
c = calor especifico da água = 4186
= Variação entre a temperatura final e inicial, em (K).
= Variação entre a temperatura final e de ebulição da água, em (K).
Resultados
1)250g de água fria e 100g de água quente.
: 4186
: 250g = 
300g de água fria e 100g de água quente.
: 300g = 0,30kg
350g de água fria e 100g de água quente
: 350g = 0,35kg
Cálculo da capacidade térmica:
Cálculo do desvio padrão:
QUESTÕES
QUESTÃO 1 
Um bom calorímetro deve possuir uma capacidade térmica grande ou pequena? Justifique sua resposta.
Se um corpo possui baixa capacidade térmica, ele aquece ou esfria mais rapidamente em comparação com o outro de maior capacidade térmica, dessa forma, um bom calorímetro deve possuir grande capacidade térmica para que não haja trocas de calor entre ele o que está contido em seu interior e nem com o meio externo. 
QUESTÃO 2
 O que ocorreria com o valor da capacidade térmica que você determinou experimentalmente se:
A) O corpo de alumínio no interior do calorímetro fosse substituído por um corpo 	de material plástico? 
. O plástico não conduz tão bem o calor quanto um metal, logo, o corpo feito de plástico possui capacidade térmica maior que o corpo de alumínio. Consequentemente, este novo calorímetro apresentará maior resistência à variação de temperatura, e, portanto, a Capacidade Térmica calculada seria maior.
B) Se o revestimento externo de vidro do calorímetro fosse retirado? 
Como a diminuição na massa do sistema que compõe o calorímetro relaciona-se de forma diretamente proporcional com a capacidade térmica, o sistema trocaria mais calor com o ambiente diminuindo dessa forma a sua capacidade térmica.
C) O espaço entre o copo de alumínio e o revestimento de vidro fosse preenchido com isopor? 
A capacidade térmica calculada aumentaria de valor e isto se deve à massa do calorímetro com isopor ser maior que a massa sem isopor.
QUESTÃO 3 
Um termômetro de mercúrio deve possuir uma capacidade térmica grande ou pequena?Justifique sua resposta.
A capacidade térmica é a grandeza física que determina o calor que é necessário fornecer a um corpo para produzir no mesmo uma determinada variação de temperature com isso, a capacidade térmica do termômetro deve ser pequena.
Conclusão:
O experimento executado teve como objetivo demonstrar na prática a diferença entre o conceito de capacidade térmica e de calor específico. Consistem em duas grandezas físicas semelhantes, porém que apresentam algumas diferenças. Ao longo da realização do experimento foi notado que o calor específico é uma das características da substância em questão, enquanto a capacidade térmica está relacionada ao corpo como um todo, no caso, o calorímetro utilizado. Pode-se concluir que, o calorímetro utilizado no experimento apenas desacelerava a troca de calor entre o meio interno e externo, pois possui um a baixa capacidade térmica e esta é inversamente proporcional à troca de calor com o ambiente externo, as temperaturas do interior e exterior entram em equilíbrio térmico , o que não o torna um calorímetro ideal, onde a troca de calor no interior-exterior é nula.
Referências Bibliográficas:
HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos de Física: Mecânica. vol1-8ed. Rio de Janeiro: LTC, 2008;
GUALTER José  Biscuola, NEWTON Villas Boas, HELOU Ricardo Doca. Tópicos de Física 2: Mecânica. 20ª Edição. São Paulo: Saraiva 2007;