Capacidade Térmica e Calor Específico UFLA Laboratório de Física B

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CAPACIDADE TÉRMICA 
E CALOR ESPECÍFICO 
Integrantes: 
Fábio Bachmann Oliveira 
Felipe Lucas Ferreira 
Caio Balarini Nogueira 
Matheus Vitor F. Pimenta 
Nancy Rezende Pereira 
Rafael Siqueira Araújo 
1. INTRODUÇÃO 
1.1 CONTEXTO HISTÓRICO 
•1761: o inglês Joseph Black cria a calorimetria, o estudo quantitativo do calor. 
•1784: os franceses Antoine Lavoisier e Pierre Laplace inventam o calorímetro 
de gelo. 
•1842: Julius Robert Mayer determinou a equivalência entre calor e energia 
mecânica e em 1843, James P. Joule a completou com mais precisão. 
•1857: Rudolph Clausius estabeleceu definitivamente a relação da energia 
térmica com a energia cinética das moléculas. 
 
•Fonte: <https://www.ebah.com.br/content/ABAAAf55MAF/calorimetria> 
1.2 CONCEITOS 
•A termodinâmica é a parte da física que estuda calor e transformações 
de energia térmica em energia utilizável. 
•Calorímetro - recipiente que evita transferência de calor com o ambiente 
externo. 
•Calor específico - representa a quantidade de calor necessária para 
aquecer 1 grama de algum material de 1°C. 
•Capacidade térmica - quantidade de calor necessária para aquecer um 
material de 1°C. 
 
•Fonte: <https://www.sofisica.com.br/conteudos/cotidiano/termodinamica.php> 
Formas de Transferência de Calor: 
•Condução: transferência de calor pelo contato; 
 
•Convecção: transferência de calor por correntes de convecções de 
líquidos e gases; 
 
•Irradiação: transferência de calor por ondas eletromagnéticas. 
1.3 APLICAÇÕES 
1.4 OBJETIVOS 
 
•Estudar trocas de calor de sistemas termicamente isolados. 
•Calcular a capacidade térmica do calorímetro. 
•Calcular o calor específico de blocos metálicos. 
•Aplicar a fórmula de propagação de erros. 
2. MÉTODOS 
2.1 MODELO TEÓRICO 
•Capacidade térmica: 
 
•Transferência de calor: 
 
•Variação de temperatura: 
 Parte 1 
•Água quente: 
 
 
•Água a 𝑇 ambiente + calorímetro: 
•Capacidade Térmica do calorímetro: 
 
 
Parte 2 
•Blocos metálicos: 
 
 
•Água a 𝑇 ambiente + calorímetro: 
 
•Calor específico dos blocos: 
 
 
•Propagação de erros: 
 
 
•Calor específico da água líquida: 
 
 
 
2.2 MÉTODO EXPERIMENTAL 
MATERIAIS 
•2 cilindros de alumínio e 2 de ferro; 
•Calorímetro; 
•Termômetro digital com sonda; 
•Balança; 
•Ebulidor elétrico; 
•2 Béqueres; 
•Água. 
2.2 MÉTODO EXPERIMENTAL 
PROCEDIMENTOS 
•Parte 1 
1. Medir aproximadamente 100g de água no calorímetro e medir a 
temperatura ambiente da água; 
2. Esquentar água até entrar em ebulição no béquer maior com o 
ebulidor elétrico, medir a temperatura da água quente; 
3. Pegar 50g de água quente, colocar no calorímetro e tampar; 
4. Medir a temperatura de equilíbrio térmico. 
•Parte 2 
1. Medir aproximadamente 50g de água no calorímetro e medir a 
temperatura ambiente da água; 
2. Medir a massa dos blocos; 
3. Depositar os blocos e esquentar água até entrar em ebulição no 
béquer maior com o ebulidor elétrico, medir a temperatura do bloco 
em equilíbrio térmico com a água quente; 
4. Pegar os blocos de alumínio ou de ferro com o auxílio do barbante, 
colocar no calorímetro e tampar; 
5. Medir a temperatura de equilíbrio térmico. 
 
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
PARTE 1 
•1ª Vez 
1. Massa de água: 𝑚𝑎 = 99,68𝑔, Temperatura: 𝑇𝑎 = 23,5°𝐶; 
2. Massa de água quente: 𝑚𝑞 = 50,00𝑔, Temperatura: 𝑇𝑞 = 82,1°𝐶; 
4. Equilíbrio térmico: 𝑇𝑓 = 40,4°𝐶; 
Incertezas: da balança: 𝜎𝑚 = 0,01𝑔; do termômetro: 𝜎𝑇 = 0,1°𝐶 
 
Capacidade térmica do calorímetro calculada: 
𝐶 = 23,69 ± 2,18 𝑐𝑎𝑙/°𝐶 
 
•2ª Vez 
1. Massa de água: 𝑚𝑎 = 100,52𝑔, Temperatura: 𝑇𝑎 = 23,6°𝐶; 
2. Massa de água quente: 𝑚𝑞 = 50,00𝑔, Temperatura: 𝑇𝑞 = 81,0°𝐶; 
4. Equilíbrio térmico: 𝑇𝑓 = 41,5°𝐶; 
 
Capacidade térmica do calorímetro calculada: 
𝐶 = 9,82 ± 1,91 𝑐𝑎𝑙/°𝐶 
 
Média das capacidades térmicas dos calorímetros: 
𝐶 = 16,75 ± 2,04 𝑐𝑎𝑙/°𝐶 
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
PARTE 2 
•1ª Vez 
1. Massa de água: 𝑚𝑎 = 52,54𝑔, Temperatura: 𝑇𝑎 = 24,0°𝐶; 
2. Massa de alumínio: 𝑚𝑏 = 61,03𝑔, 3. Temperatura: 𝑇𝑞 = 96,2°𝐶; 
5. Equilíbrio térmico: 𝑇𝑓 = 36,0°𝐶; 
 
Calor específico do alumínio calculado: 
𝑐 = 0,23 ± 0,05 𝑐𝑎𝑙 | 𝑔°𝐶 
•2ª Vez 
1. Massa de água: 𝑚𝑎 = 49,83𝑔, Temperatura: 𝑇𝑎 = 24,3°𝐶; 
2. Massa de alumínio: 𝑚𝑏 = 61,03𝑔, 3. Temperatura: 𝑇𝑞 = 96,1°𝐶; 
5. Equilíbrio térmico: 𝑇𝑓 = 38,6°𝐶; 
Calor específico do alumínio calculado: 
𝑐 = 0,27 ± 0,05 𝑐𝑎𝑙 | 𝑔°𝐶 
Média do calor específico calculado: 
𝑐 = 0,25 ± 0,05 𝑐𝑎𝑙 | 𝑔°𝐶 
Calor específico real (literatura): 
𝑐 = 0,22 𝑐𝑎𝑙 | 𝑔°𝐶 
Fonte: <http://www.fisica.net/constantes/calor-especifico-c.php> 
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
PARTE 2 
•1ª Vez 
1. Massa de água: 𝑚𝑎 = 54,94𝑔, Temperatura: 𝑇𝑎 = 24,4°𝐶; 
2. Massa de ferro: 𝑚𝑏 = 175,20𝑔, 3. Temperatura: 𝑇𝑞 = 96,6°𝐶; 
5. Equilíbrio térmico: 𝑇𝑓 = 39,1°𝐶; 
 
Calor específico do ferro calculado: 
𝑐 = 0,10 ± 0,02 𝑐𝑎𝑙 | 𝑔°𝐶 
•2ª Vez 
1. Massa de água: 𝑚𝑎 = 50,52𝑔, Temperatura: 𝑇𝑎 = 24,6°𝐶; 
2. Massa de ferro: 𝑚𝑏 = 175,20𝑔, 3. Temperatura: 𝑇𝑞 = 96,6°𝐶; 
5. Equilíbrio térmico: 𝑇𝑓 = 39,8°𝐶; 
Calor específico do ferro calculado: 
𝑐 = 0,10 ± 0,02 𝑐𝑎𝑙 | 𝑔°𝐶 
Média do calor específico calculado: 
𝑐 = 0,10 ± 0,02 𝑐𝑎𝑙 | 𝑔°𝐶 
Calor específico real (literatura): 
𝑐 = 0,11 𝑐𝑎𝑙 | 𝑔°𝐶 
Fonte: <http://www.fisica.net/constantes/calor-especifico-c.php> 
 
4. CONCLUSÃO 
•Determinou-se para o calorímetro utilizado, uma capacidade térmica 
de 16,75 ± 2,04 𝑐𝑎𝑙/°𝐶. 
•A partir desse dado, realizando o experimento com o bloco de 
alumínio obteve-se como calor específico 𝑐 = 0,25 ± 0,05 𝑐𝑎𝑙 | 𝑔°𝐶 
com erro relativo de 13,63%. Com o bloco de ferro obteve-se como 
calor específico 𝑐 = 0,10 ± 0,02 𝑐𝑎𝑙 | 𝑔°𝐶 com erro relativo de 
9,09%. 
•Os valores obtidos são bem próximos da realidade para o calor 
especifico dos blocos de ferro e de alumínio. 
 
•Os erros podem ser associados ao fato de que em experimentos 
termodinâmicos, perde-se naturalmente calor para o ambiente e 
também em relação a precisão de instrumentos utilizados, como o 
termômetro. Além disso: 
•O calorímetro utilizado não promove um isolamento de calor tão 
eficaz, devido ao material que ele é composto e o formato. 
•O momento da transferência de água quente e do bloco para o 
calorímetro faz com que estes percam calor. 
•O bloco de alumínio e de ferro não possuem purezas conhecidas, 
por isso o calor específico pode variar. 
•A atualização do termômetro leva cerca de 10 segundos por isso, 
variações de temperatura mais rápidas não são registradas.