Calor Específico (7º experimento)

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Universidade Federal de Catalão
Unidade Acadêmica Especial de Física
Laboratório de Física 2
Calor Específico
Andreza Angel de Souza Couto – 201805182
Matheus Tomé De Melo Mattos – 201614476
Engenharia Civil – Turma H
Denis Rezende de Jesus
Catalão, 04/06/2019
Introdução
	De acordo com Halliday et al. (2007), calor é a energia que é transferida entre um sistema e seu ambiente, devido a uma diferença de temperatura que existe entre eles.
	Complementando essa definição, Ramalho et al. (2007) argumenta que, a quantidade de calor Q recebida (ou cedida) por um corpo é diretamente proporcional à sua massa e à variação de temperatura ∆T sofrida pelo corpo. Portanto de acordo com a Equação 1, temos:
𝑄 = 𝑐 . 𝑚 . ∆T (1)
	Onde c é o coeficiente de proporcionalidade, sendo uma característica de cada material, denominado calor específico, m é a massa do corpo e ∆T é a variação de temperatura. É valido observar que quando a temperatura de um corpo aumenta, significa que ele recebeu calor e assim Q > 0, se a temperatura do corpo diminui, significa que ele cedeu calor, então Q < 0. 
	Ainda de acordo com Ramalho, se a temperatura de um corpo sofrer uma variação de temperatura ∆T, ao receber certa quantidade de calor Q, a capacidade térmica C desse corpo é dado pela Equação 2.
 (2)
	A capacidade térmica pode ser entendida como a medida da capacidade de receber ou perder calor que um corpo apresenta, para uma dada variação de temperatura. Relacionando as Equações 1 e 2, temos que:
C = mc (3)
	E então, a quantidade de calor pode ser expressa como: 
Q= C T (4)
	Geralmente, os corpos que trocam calor são colocados no interior de dispositivos especiais denominados calorímetros, isolados termicamente do meio exterior. O calorímetro também participa das trocas de calor. (Ramalho et al. 2007, p. 62). Portanto, temos:
Q corpo = Q calorímetro + Q água (5)
	Onde Q corpo é a quantidade de calor cedido pelo corpo, Q calorímetro é a quantidade de calor recebido pelo calorímetro e Q água é a quantidade de calor recebido pela água. 
	Utilizando as Equações de 1 – 4, as quantidades de calor serão: 
Q corpo = mc . cc. (Tc - Tequilíbrio) (6)
Q calorímetro = C calorímetro . (T equilíbrio – T0) (7) 
Q água = m água . c água (T equilíbrio – T0) (8)
E, assim: 
mc . cc. (Tc – T equilíbrio) = C calorímetro . (T equilíbrio – T0) + m água . c água (T equilíbrio – T0) (9)
	Onde mc é a massa do corpo, cc é o calor específico do corpo, Tc é a temperatura inicial do corpo, T equilíbrio é a temperatura de equilíbrio do sistema, C calorímetro é a capacidade térmica do calorímetro, T0 é a temperatura inicial do calorímetro com água, mágua é a massa de água dentro do calorímetro e cágua é o calor específico da água.
	Portanto, de acordo com a Equação 9, o calor específico do corpo pode ser obtido através da Equação 10.
 (10)
	A Tabela 1, a seguir, apresenta alguns valores do calor específico de algumas substâncias. 
	Tabela 1 – Valores do calor específico de algumas substâncias.
	Substância
	Calor específico (cal/g.K)
	Água
	1,0000
	Alumínio
	0,2150
	Chumbo
	0,0321
	Cobre
	0,0923
	Ferro
	0,1100
	Latão
	0,0920
	Aço
	0,1160
Objetivo
	O objetivo do experimento de calor específico é determinar a capacidade calorífica de um calorímetro e o calor específico de um corpo de prova. 
Materiais utilizados
Termômetros;
Balança;
Calorímetro completo;
Béquer;
Corpo metálico;
Sistema de aquecimento;
Água e corpo de prova.
Procedimento Experimental
	Parte 1: Determinação da capacidade térmica do calorímetro.
	Inicialmente pesamos o calorímetro vazio e taramos a balança, adicionamos 200g de água no mesmo e anotamos a temperatura inicial (T0). Pesamos mais 200g de água e colocamos no sistema de aquecimento, assim que foi aquecida, adicionamos ela ao calorímetro, fechamos o sistema para não haver troca de calor com o ambiente e agitamos levemente até obtermos uma temperatura estável no sistema.
	Parte 2: Determinação do calor específico do metal.
	Inicialmente colocamos uma quantidade de água no sistema de aquecimento. Pesamos e, em seguida, colocamos o corpo de prova dentro do sistema de aquecimento, enquanto aquecia colocamos 200g de água no calorímetro e anotamos a temperatura inicial do sistema (T0). Ao atingir quase o ponto de ebulição no sistema de aquecimento, retiramos o corpo de prova do mesmo e colocamos ele rapidamente no calorímetro e fechamos o sistema para não haver troca de calor com o ambiente. Agitamos o sistema para ele entrar em equilíbrio e anotamos a temperatura de equílibrio atingida (que era a temperatura máxima registrada no termômetro). 
Resultados e Discussão
	Utilizando um calorímetro de massa igual a 1326,6 ± 0,1 g, considerando a densidade da água sendo 1 g/cm3 e o volume de água quente e da água em temperatura ambiente sendo 200 ± 25 ml, mediu-se a temperatura da água ambiente, outra de mesmo volume, porem quente e a temperatura de equilíbrio após a união dos dois volumes de água, esses dados estão expostos na tabela 2 e tem como função calcular a capacidade térmica do calorímetro.
Tabela 2: Temperaturas obtidas experimentalmente para o cálculo da capacidade térmica do calorímetro.
	Temperatura da água ambiente (°C)
	Temperatura da água
quente (°C)
	Temperatura de
Equilíbrio (°C)
	21 ± 0,5
	92 ± 0,5
	54,5 ± 0,5
	Assim encontramos o valor de 22,60 ± 0,06 cal/K para a capacidade do calorímetro. 
	No segundo momento, para determinar o calor específico de um metal foram feitas algumas medições, desse modo, pesou-se o corpo que tinha 89 gramas, mediu-se a temperatura ambiente de 150 ml de água, a temperatura do corpo de metal aquecido e a temperatura de equilíbrio entre os dois corpos (água e solido metálico), esses dados estão expostos na tabela 3 e tem como função calcular a o calor específico do metal.
Tabela 3: Temperaturas obtidas experimentalmente para o cálculo do calor específico do metal.
	Temperatura da água ambiente (°C)
	Temperatura do corpo de metal aquecido (°C)
	Temperatura de Equilíbrio (°C)
	21,5 ± 0,5
	93,0 ± 0,5
	24,0 ± 0,5
	A partir da equação (5) foi possível determinar o valor experimental do calor especifico do corpo metálico utilizado no experimento, que foi de 0,273 ± 0,009 cal/g.K.
Análise dos Resultados
	Utilizando os valores de mcalorímetro, mágua, T0, mágua quente, Tágua quente e Tequílibrio foi possível calcular a capacidade térmica do calorímetro (Ccalorímetro) e fazendo uso deste valor encontrado mais a massa do cilindro foi calculado seu calor específico:
Ccorpo=0,273 ± 0,009 cal/g.K.
	Isto significa que experimentalmente foi constatado que para se elevar a temperatura do corpo em 1 grau deve-se fornecer 0,273 calorias para cada grama do corpo analisado. 
	O valor encontrado para o ccorpo , se assemelha ao do alumínio, apresentando um erro percentual de 26,98% em relação ao valor teórico apresentado na tabela 1, em relação ao alumínio (0,215 cal/g.K). 
	O erro percentual se apresenta relativamente alto e isso pode ser atribuído ao fato de que o experimento não foi realizado em condições ideais e a má manipulação e leitura de equipamentos, mau resfriamento dos objetos que foram aquecidos e deveriam ser resfriados, demora no momento de transferir a água aquecida para o calorímetro podem ter interferido decisivamente e aumentado o erro percentual do valor experimental em relação ao valor teórico.
Conclusão
	Através deste experimento relativamente simples foi possível determinar a capacidade térmica de um calorímetro e com isso estabelecer o tipo de material quefoi utilizado a partir do calor específico, visto que este é individual de cada material. 
Referências
	HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos de Física. v. 2. 6. ed.Rio de Janeiro, RJ 2006.
	RAMALHO; NICOLAU; TLEDO. Os fundamentos da física - vol. 2: termologia óptica ondas. 2 ed. [S.L.]: Moderna, 2007. 521 p.