Relatorio Experimental C - calorimetria

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS 
DEPARTAMENTO DE FÍSICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FÍSICA ESPERIMENTAL C 
PRÁTICA 2: CALORIMETRIA 
Docente: Prof. Dr. Adenilson José Chiquito 
Turma D – Grupo 6 
 
 
 
 
 
 
 
 
Julia Pinheiro RA:744920 
Vitor Salvador Correia RA:744959 
 
 
 
São Carlos, 2 de maio de 2019 
 
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Resumo 
 
Com o intuito de determinar de quais materiais são feitas algumas peças, utilizamos um 
calorímetro como um recipiente para que a água a temperatura ambiente e uma 
substância aquecida possa entrar em equilíbrio térmico, e a partir deste processo 
podemos determinar a Capacidade Térmica do calorímetro e o calor específico das 
peças. 
Objetivos 
A partir dos conceitos de calorimetria e do auxílio de um calorímetro, verificar o calor 
específico das peças e determinar de quais materiais elas são feitas. 
Introdução teórica 
Um sistema termodinâmico consiste geralmente em uma certa quantidade de matéria 
contida em um recipiente. O conceito de temperatura está associado a uma propriedade 
comum de sistemas em equilíbrio térmico. [2] A sensação subjetiva de temperatura não 
fornece um método confiável de aferição. Em um dia frio, por exemplo, ao tocarmos em 
um objeto metálico, temos a impressão de que está a uma temperatura mais baixa do 
que um objeto de madeira, embora ambos se encontrem na mesma temperatura. Esse 
fenômeno ocorre, pois, por condução, o metal remove mais rapidamente o calor da 
ponta de nossos dedos do que um objeto de madeira. [2] 
Ao retirar uma lata de refrigerante da geladeira e deixa-la em cima de uma mesa, 
podemos perceber que com o passar do tempo a temperatura do refrigerante aumenta 
até que se torne igual à do ambiente.[1] De forma análoga, um objeto aquecido, como 
uma xicara de café, se deixado em cima da mesa sofrerá uma diminuição em sua 
temperatura até que se iguale à ambiente. Quando dois corpos estão à mesma 
temperatura, dizemos que estão em equilíbrio térmico. 
Essa variação de temperatura ocorre devido à uma mudança da energia térmica do 
sistema por troca de energia entre o sistema e o ambiente. Essa energia transferida é 
chamada de calor. O calor pode ser medido em termos da capacidade de aumentar a 
temperatura de um material. Assim, a caloria (cal) foi definida como a quantidade de 
calor necessária para se elevar 1 grama água de 14,5 °C para 15,5 °C. [1] 
A capacidade térmica de um objeto é a constante de proporcionalidade entre o calor 
(Q), recebido ou cedido pelo objeto, e a variação de temperatura (∆T) do objeto, ou seja, 
 
𝑄 = 𝐶 ∙ ∆𝑇 
sendo que a variação de temperatura é dada pela diferença entre a temperatura final e 
a temperatura inicial. A energia térmica total em um sistema isolado se conserva, 
portanto, podemos escrever 
𝑄𝑖 + 𝑄𝑓 = 0 
3 
 
Sendo 𝑄𝑖 a quantidade de calor inicial do sistema e 𝑄𝑓 a final. 
Dois objetos feitos do mesmo material tem uma capacidade térmica proporcional à sua 
massa. É possível então determinar a capacidade térmica por unidade de massa (m), 
que é definida como calor específico (c), que se refere ao material de que é feito o 
objeto. Portanto, 
𝑄 = 𝑚 ∙ 𝑐 
Para determinar corretamente o calor específico de uma substância, é necessário 
conhecer as condições em que ocorre a transferência de calor. [1] 
Material 
• Calorímetro; 
• Balança eletrônica BG 4001 - Gehaka. Resolução 0,1g; 
• Termômetro de vidro Incoterm 71289; 
• Termômetro digital Ebro TFX 392 L; 
• Cronômetro; 
• Pinça metálica; 
• 2 Peças de diferentes materiais; 
• Caixa de isopor; 
• Béquer 250 ml e de 500 ml; 
• Aquecedor elétrico. 
Procedimento experimental 
Começamos o experimento separando os materiais para determinar a capacidade 
térmica do calorímetro. Inicialmente utilizamos 200g de água a temperatura ambiente, 
em seguida aquecemos 100g numa chaleira elétrica e mensuramos a temperatura com 
um termômetro de vidro. Colocamos todas essas substâncias no calorímetro e 
esperamos aproximadamente 5 minutos para o sistema entrar em equilíbrio térmico. A 
partir desse processo foi possível determinar todos os dados para utilizar a Equação 1 
que relaciona quantidade de calor inicial com a quantidade de calor final, sendo assim 
possível determinar a capacidade térmica do calorímetro. 
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Figura 1: Termômetro digital utilizado para fazer a 
leitura da temperatura dentro do calorímetro 
 
Figura 2: Cronômetro, pinça e termômetro de vidro respectivamente da esquerda para a 
direita 
 
Figura 3: Becker de vidro, calorímetro e recipiente isolante térmico respectivamente da esquerda para a direita 
 
5 
 
Após realizar tais medidas escolhemos duas peças de materiais desconhecidos, 
mensuramos a massa das duas em uma balança eletrônica. Em seguida separamos 
novamente 200 g de água a temperatura ambiente e colocamos no calorímetro. 
Aquecemos uma quantidade suficiente de água para cobrir toda a peça em um 
recipiente isolante térmico, esperamos aproximadamente 2 minutos para o sistema 
entrar em equilíbrio térmico, a seguir medimos a temperatura do sistema com um 
termômetro de vidro e pegamos a peça com uma pinça metálica para colocar no 
calorímetro junto com a água a temperatura ambiente, esperamos o sistema entrar em 
equilíbrio térmico a fim de determinar a temperatura final. A partir desses dados 
coletados podemos utilizar a Equação 2, com o intuito de determinar o calor específico 
da peça. Repetimos este processo três vezes para cada peça. 
 
Figura 4: Peças metálicas utilizadas no experimento. Objeto 1 (esquerda) e 
objeto 2 (direita) 
Resultados 
Após a coleta dos dados apresentados na Tabela 1, utilizamos a Equação 1 para calcular 
a capacidade térmica do calorímetro (K) 
𝐾 = 47 
𝑐𝑎𝑙
°𝐶
 
Com esse dado, e os dados experimentais apresentados nas Tabela 2 e Tabela 3, 
utilizamos a Equação 2 para obter os três valores para o calor específico do objeto 1 e 
do objeto 2 (Figura 4), respectivamente, associados a cada uma das três medidas 
realizadas (Tabela 4). 
 
 
 
Tabela 1: Massas e temperaturas da água em temperatura ambiente e da água aquecida 
utilizadas para determinar a capacidade térmica do calorímetro 
 
 
 Massa (± 0,1) (g) Temperatura (± 0,1) (°C) 
Água em temperatura ambiente 200,1 22,9 
Água quente 100,2 86 
Equilíbrio 300,3 41,1 
6 
 
Objeto 1 
 
Temperatura inicial 
da água (± 0,1) (°C) 
Temperatura inicial 
do objeto (± 0,1) (°C) 
Temperatura de 
equilíbrio (± 0,1) (°C) 
Massa de água 
(± 0,1) (g) 
1ª medida 26,2 61 27,1 200,7 
2ª medida 26,2 73 27,4 202,3 
3ª medida 26,3 75 27,6 200,1 
Tabela 2: Temperaturas iniciais da água e do objeto e massa de água utilizada em cada uma das medidas feitas com 
o objeto 1 
Objeto 2 
 
Temperatura inicial 
da água (± 0,1) (°C) 
Temperatura inicial 
do objeto (± 0,1) (°C) 
Temperatura de 
equilíbrio (± 0,1) (°C) 
Massa de água 
(± 0,1) (g) 
1ª medida 26,2 66 26,6 200,3 
2ª medida 26,2 63 26,6 200,7 
3ª medida 26,2 73 26,6 200,4 
Tabela 3: Temperaturas iniciais da água e do objeto e massa de água utilizada em cada uma das medidas feitas com 
o objeto 2 
 
Calor específico 1 
(cal/g°C) 
Calor específico 2 
(cal/g°C) 
Calor específico 3 
(cal/g°C) 
Média 
(cal/g°C) 
Objeto 1 0,085 0,085 0,088 0,086 
Objeto 2 0,21 0,23 0,2 0,21 
Tabela 4: Resultados dos cálculos dos calores específicos dos objetos 1 e 2 associados a cada medida realizada, e a 
média dos três valores calculados 
Conclusão 
Com os dados coletados nos experimentos podemos calcular o calor específico das 
peças metálicas afim de comparar os valores encontrados com valores teóricos de 
alguns metais (Tabela6) e, a partir dessa comparação, determinar de qual material cada 
um dos objetos é feito. Para o objeto 2 obtivemos uma concordância de 95,5% com o 
alumínio, podendo então concluir que a peça é de alumínio. No entanto, para o objeto 
1, ao comparar com os valores teóricos, não pudemos concluir se a peça é feita de latão 
ou cobre por esse método, visto que para o latão a concordância é de 93,5% e para o 
cobre 94,5%, porém, como o calor específico desses dois materiais são muito próximos, 
diferem em 0,001, nosso método não é preciso o suficiente para que possamos 
distinguir entre os dois materiais. Dessa forma, não podemos afirmar de qual material 
os objetos são feitos, porém, conseguimos uma boa aproximação, sendo esse um bom 
método para eliminar opções. Essa diferença entre os valores teóricos e os resultados 
experimentais podem ocorrer devido a diversos fatores como, por exemplo, o 
resfriamento da água ocorre de forma muito rápida nos primeiros instantes, portanto, 
o valor coletado para a temperatura da água quente pode ter variado na transferência 
de um recipiente para outro. Outro fator relevante é o manuseio da peça aquecida. A 
pinça utilizada para transferir o objeto do recipiente isolante térmico para o calorímetro 
estava em temperatura ambiente, portanto, nesse contato, houve transferência de calor 
entre a pinça e o objeto, além de que a peça também perdeu calor para o ambiente 
nesse processo, esses fatores podem ter contribuído para as discrepâncias entre os 
valores. 
7 
 
 
Bibliografia 
1. R. Resnick e D. Halliday - “Fundamentos de Física”, Vol. 2, Livros Técnicos e 
Científicos Editora Ltda. (1991). 
2. NUSSENZVEIG, H. M. Curso de Física Básica vol 2. 4. ed. São Paulo: Editora 
Edgard Blücher LTDA, (2002). 
3. http://fep.if.usp.br/~profis/experimentando/diurno/downloads/Tabela%20de
%20Calor%20Especifico%20de%20Varias%20Substancias.pdf 
 
Anexos 
 
Massa do objeto 1 (77,1± 0,1) g 
Massa do objeto 2 (11,9 ± 0,1) g 
Tabela 5: Massas dos dois objetos que foram utilizados no 
experimento 
Metal Calor específico (cal/g°C) 
Alumínio 0,22 
Chumbo 0,031 
Cobre 0,091 
Ferro 0,11 
Latão 0,092 
Mercúrio 0,033 
Ouro 0,032 
Prata 0,056 
Tabela 6: Valores de calor específico teórico para alguns metais [3] 
 
• Cálculo da capacidade térmica do capacitor utilizando a Equação 1: 
𝑚𝑠𝑐𝑠(𝑇𝑓 − 𝑇0𝑠) + 𝑚𝑎𝑐𝑎(𝑇𝑓 − 𝑇0𝑎) + 𝐾(𝑇𝑓 − 𝑇0𝑎) = 0 
𝑘 =
−𝑚𝑠𝑐𝑠(𝑇𝑓 − 𝑇0𝑠) − 𝑚𝑎𝑐𝑎(𝑇𝑓 − 𝑇0𝑎)
(𝑇𝑓 − 𝑇0𝑎)
 
𝐾 =
−100,2 ∙ 1(41,1 − 86) − 200,1(41,1 − 22,9)
(41,1 − 22,9)
= 47,096 = 47 
𝑐𝑎𝑙
°𝐶
 
• Cálculo do calor específico para a peça 1 utilizando a Equação 2: 
𝑐𝑠 =
−𝑚𝑎𝑐𝑎(𝑇𝑓 − 𝑇0𝑎) − 𝐾(𝑇𝑓 − 𝑇0𝑎)
𝑚𝑠(𝑇𝑓 − 𝑇0𝑠)
 
Equação 1 
Equação 2 
8 
 
𝑐𝑠1 =
−200,7 ∙ 1(27,1 − 26,2) − 47,096(27,1 − 26,2)
77,1(27,1 − 61)
= 0,085
𝑐𝑎𝑙
𝑔°𝐶
 
𝑐𝑠2 =
−202,3 ∙ 1(27,4 − 26,2) − 47,096(27,4 − 26,2)
77,1(27,4 − 73)
= 0,085
𝑐𝑎𝑙
𝑔°𝐶
 
𝑐𝑠3 =
−200,1 ∙ 1(27,6 − 26,3) − 47,096(27,6 − 26,3)
77,1(27,6 − 75)
= 0,088
𝑐𝑎𝑙
𝑔°𝐶
 
• Cálculo do calor específico para a peça 2 utilizando a Equação 2: 
 
𝑐𝑠1 =
−200,3 ∙ 1(26,6 − 26,2) − 47,096(26,6 − 26,2)
11,9(26,6 − 66)
= 0,21
𝑐𝑎𝑙
𝑔°𝐶
 
𝑐𝑠2 =
−200,7 ∙ 1(26,6 − 26,2) − 47,096(26,6 − 26,2)
11,9(26,6 − 63)
= 0,23
𝑐𝑎𝑙
𝑔°𝐶
 
𝑐𝑠1 =
−200,4 ∙ 1(26,6 − 26,2) − 47,096(26,6 − 26,2)
11,9(26,6 − 73)
= 0,20
𝑐𝑎𝑙
𝑔°𝐶
 
• Comparação entre os resultados de medição para a capacidade térmica do 
calorímetro utilizando a Equação 3: 
𝐶 = [1 −
|𝑋𝑒𝑥𝑝 − 𝑋𝑡𝑒𝑜|
𝑋𝑡𝑒𝑜
] ∙ 100% 
 
𝐶 = [1 −
|47,096 − 50|
50
] ∙ 100% = 94,2% 
• Comparação entre resultados de medição para o calor específico da peça 1 
utilizando a Equação 3: 
Latão: 
𝐶 = [1 −
|0,086 − 0,092|
0,092
] ∙ 100% = 93,5% 
Cobre: 
𝐶 = [1 −
|0,086 − 0,091|
0,091
] ∙ 100% = 94,5% 
 
• Comparação entre resultados de medição para o calor específico da peça 2 
utilizando a Equação 3: 
Alumínio: 
Equação 3 
9 
 
𝐶 = [1 −
|0,21 − 0,22|
0,22
] ∙ 100% = 95,5%