Calor específico de um cilindro de alumínio

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CAPACIDADE TÉRMICA E CALOR ESPECÍFICO 
Amanda, Júlia; Lezy; Thiago; Vinícius. 
¹Turma 30F de Laboratório de Física B 
 13 de Dezembro de 2017 
 
Resumo 
Neste experimento obtivemos o calor específico de um cilindro de alumínio. Para 
isso, por meio do experimento também foi possível obter a capacidade térmica do calorímetro 
utilizado, assim obtendo de forma mais precisa a capacidade térmica do corpo estudado. 
 
1.Introdução 
Sabe-se que o calor específico é definido como a quantidade de calor (Q), cedida ou 
recebida, para que um grama de uma substância varie sua temperatura em 1°C, sua unidade 
de medida é dada por ​cal/g°C , e seu valor depende da natureza de cada corpo[1]​. Assim, 
quanto maior o calor específico de uma substância, se torna mais difícil aquecê-la ou 
resfriá-la. Nesse sentido, a fórmula para representar o calor específico é dada por: 
 (1)c = ΔQm.ΔT 
A equação acima é derivada da Equação Fundamental da Calorimetria , onde a 
quantidade de calor sensível (Q) é igual ao produto de sua massa, pela variação da 
temperatura e do calor específico. 
Segundo a primeira lei da termodinâmica definida como o princípio de conservação 
de energia: “Havendo troca de calor entre os corpos isolados termicamente do meio externo, a 
quantidade de calor recebida pelos corpos que aquecem é igual à quantidade de calor cedida 
pelos corpos que sofreram um abaixamento da temperatura”[1]. Haverá troca de calor entre 
os corpos até todos atingirem a mesma temperatura, ou seja,até atingirem uma temperatura 
de equilíbrio. 
Dessa forma, cria-se o conceito de capacidade térmica, caracterizada como a grandeza 
física que determina a relação entre a quantidade de calor fornecida a um corpo e a variação 
de temperatura observada neste. A capacidade térmica caracteriza o corpo, e não as 
substâncias presentes nele. É uma propriedade extensiva,ou seja, é proporcional à quantidade 
de material presente no corpo. Assim, dois corpos compostos pela mesma substância porém 
com massas diferentes possuem diferentes capacidades térmicas (C). As equações abaixo 
definem a capacidade térmica. 
 ou (2)C = ΔT
ΔQ .cC = m 
Levando em consideração tais conceitos ,torna-se possível calcular o calor específico 
de uma substância “misturando” corpos que possuem temperaturas diferentes, com massas e 
calores específicos conhecidos (exceto da substância a fim de se calcular). Assim, para tal 
experimento a “mistura” deve ser realizada num ambiente isolado termicamente para que a 
troca de calor seja restrita aos corpos em estudo , ou seja, em um calorímetro. O calorímetro 
(Figura 1), proporciona esse ambiente dentro de limites razoáveis. Ele é constituído de um 
recipiente metálico (alumínio), protegido por outro que é isolante térmico (isopor) e um 
recipiente externo de plástico. A tampa do vaso possui um furo para que seja introduzido o 
termômetro digital. Dessa forma, foi possível aplicar os demais conceitos na prática descrita 
no presente relatório. 
 
Figura 1:​​ Representação da estrutura de um calorímetro. 
 
 
2​​. ​​Métodos 
 
2.1 ​​ ​​Método​​ ​​teórico 
No experimento, foi utilizado a aplicação do princípio da conservação de energia, já 
que foi utilizado um calorímetro que não permite a troca de calor com o meio externo, assim 
levando em consideração sendo um sistema termicamente isolado. 
 
 (3)Q Q Δ f = Δ i 
 
Considerando que é um sistema isolado e que não houve a troca de calor entre o 
calorímetro e o meio externo, como já dito anteriormente, o calor cedido pela água quente é 
igual a soma do calor ganho pela água fria e o calor ganho pelo calorímetro. Essa equação foi 
utilizada para encontrar a capacidade térmica do calorímetro. 
 
) (4)c (T ) c (T ) ( mq a q − T E = ma a E − T a + Ccal T E − T a 
 
Onde temos como a massa da água quente, como o calor específico da água, mq ca 
a temperatura da água quente, a temperatura de equilíbrio, a temperatura da águaT q T E T a 
fria, a massa da água fria e a capacidade térmica do calorímetro. ma Ccal 
Para calcular o calor específico do corpo de alumínio utilizado no experimento, 
aplicando também o princípio de conservação de energia e com a capacidade térmica do 
calorímetro encontrado pela equação 3, tem-se que o calor cedido pelo corpo de alumínio 
aquecido é igual a soma do calor ganho pela água e do calor ganho pelo calorímetro, como 
mostra na seguinte equação: 
) (5)c (T ) c (T ) ( mal al al − T E = ma a E − T a + Ccal T E − T a 
Onde é a massa do corpo de alumínio, é o calor específico do alumínio, a mal cal T al 
temperatura do corpo de alumínio, a temperatura de equilíbrio, a massa da água fria, T E ma 
calor específico da água, a temperatura da água fria e a capacidade térmica do ca T a Ccal 
calorímetro. 
 
Na primeira parte do experimento, foi obtido os valores a partir da média aritmética, a 
fim de obter valores mais precisos. E com isso, foi também calculado o desvio médio para 
conhecer o erro das medidas. Como mostra nas seguintes equações: 
 (6)x = n
x + x +...+ x1 2 n 
 (7)δ = n
|x − x|+|x − x|+...+|x − x|1 2 n 
Encontrou-se a incerteza total (δt) que é igual a soma da média dos desvios ( ) com aδ 
incerteza do instrumento de medida utilizado (σt), ou seja: 
 ​​(8)t tδ = δ + σ 
2.2. Método Experimental 
 
Esse experimento foi divido em duas partes. 
Na primeira parte, encheu-se um béquer com 50 ml de água da torneira, com o auxílio 
de uma balança e um termômetro, mediu-se a massa e a temperatura dessa mesma amostra. 
Colocou-a dentro do calorímetro (representado pelo número 5 da figura 2), montado como 
mostra a figura 2 , balançou-o um pouco e esperou-se até a temperatura entrar em equilíbrio 
químico, para que pudesse ser anotado a temperatura, a qual será discutida no tópico 3, deste 
relatório. Então mediu-se uma massa de 80ml de água quente à aproximadamente 70° e 
também a colocou no calorímetro, misturando-a com a amostra de água fria, e esperou-se 
entrar novamente em equilíbrio térmico, para que pudesse ser retirada a nova temperatura. 
Assim, repetiu-se o mesmo procedimento mais uma vez, para que se tivesse uma média dos 
dados. 
Já na segunda parte, pegou-se um corpo de prova cilíndrico de alumínio (número 2 da 
figura 2), e com a ajuda de uma balança, mediu sua massa. Logo depois, encheu-se dois 
béqueres, o primeiro com 150 ml de água, que foi esquentada até entrar em ebulição, com a 
ajuda de um ebulidor (representado pelo número 3 da figura 2), e o segundo com 100ml de 
água da torneira, que também foi pesada, para saber a sua massa, e depois colocada no 
calorímetro e retirada a sua temperatura. Então, pegou-se o corpo de alumínio e colocou o 
dentro do primeiro béquer, com a água em ebulição, e aguardou-o entrar em equilíbrio 
térmico com a água. Quando obteve-se essa temperatura, retirou-o quente e colocou- o 
imediatamente no calorímetro, e novamente aguardou-o entrar em equilíbrio, entretanto desta 
vez com a água fria, e anotou-sea temperatura. [2] 
 
 
 
Figura 2​​: Representação da montagem do experimento. 1:Béquer maior, 2:Corpo de prova de 
alumínio, 3:Ebulidor, 4:Béquer menor, 5: Calorímetro, 6: Termômetro digital 
 
 
3. Resultados e discussão 
 
Os valores obtidos experimentalmente se encontram nas tabelas 1 e 2.Vale 
ressaltar que a parte 1 foi feita duas vezes, sendo assim, tomou-se as médias dos 
valores obtidos. 
 
Tabela 1.​​ Medidas diretas para a parte 1 
 Massa (±0,01g) Temperatura 
(±0,01ºC) 
Temperatura de 
equilíbrio(±0,01ºC) 
Água fria 76.2 1,3± 27,8 0,4± 51,4 0,9± 
Água quente 49,9 2,3± 73,7 0,6± 51,4 0,9± 
 
 
Tabela 2.​​ Medidas diretas para a parte 2 
 Massa (±0,01g) Temperatura 
(±0,01ºC) 
Temperatura de 
equilíbrio(±0,01ºC) 
Água fria 98,94 27,10 28,60 
Bloco de Alumínio 30,31 82,80 28,60 
 
 
A partir da fórmula 3,obtêm-se o valor de 22,23 ​cal/°C para a capacidade 
térmica do calorímetro e a partir da fórmula 4, obteve-se 0,07 cal/g°C para o calor 
específico do alumínio. 
A capacidade térmica obtida para o calorímetro.Como já mencionado ​calor 
específico é a quantidade de calor necessária para que cada grama de uma substância 
sofra uma variação de temperatura correspondente a 1°C,sendo assim,a capacidade 
térmica de um calorímetro deve ser alta pois ele é construído com a finalidade de que 
não haja troca de calor com o ambiente, e essa troca é minimizada quando a 
capacidade térmica é alta, pois é necessário muito calor externo para variar a 
temperatura nele. 
Segundo a tabela consultada na terceira referência bibliográfica [3], 
descobriu-se que o valor teórico do calor específico do alumínio é de 0,22cal/g°C, 
valor o qual não aproxima-se do obtido experimentalmente de 0,07cal/g°C. 
Já em relação à capacidade térmica do calorímetro não foi possível encontrar 
um valor teórico, pois ela é uma constante que varia de acordo com cada calorímetro. 
[1] 
 
4. Conclusão 
 
Por meio do experimento obtivemos a capacidade térmica do calorímetro, 
22,23 ​cal/°C e o calor específico do alumínio de 0,07 cal/g°C. 
Analisando o experimento e os resultados obtidos, procuramos entender o 
motivo da diferença entre o resultado esperado. Concluímos que os fatores podem ser 
os seguintes: 
● Erros experimentais: Alguma medida errada, valores incorretos, erro 
de cálculo no experimento, etc; 
● Calorímetro ineficiente: o calorímetro permitia a saída de calor, visto 
que o buraco da tampa, que era somente de plástico, não ficou fechado. 
 
Apesar dos valores discordantes, pelo experimento foi possível observar a 
relação entre a capacidade térmica e o calor específico dos corpos estudados. 
 
Referências 
[1].HALLIDAY, David, RESNIK Robert, KRANE, Denneth S. Física 1, volume 1, 4. Ed. 
Rio de Janeiro: LTC, 1996. 
[2].UGUCIONI, Júlio César; TSUCHIDA, Jefferson Esquina. Apostila de Laboratório de 
Física B e II, Universidade Federal de Lavras. 
[3].“Constantes”;Disnponível em <http://www.fisica.net/constantes/calor-especifico-c.php> 
Acesso em 05/12/2017 
[4] “Figura 1”; Disponível em < ​http://brasilescola.uol.com.br/fisica/calorimetro.htm​> 
Acesso em 10/12/2017