Calorimetria- Fisica experimental II

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UNIVERSIDADE ESTATUAL DE SANTA CRUZ 
DEPARTAMENTO DE CIÊNIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS 
 
 
 
  
  
  
  
CALORIMETRIA 
  
  
 
  
 
 
 
 
 
 
 
  
  
ILHÉUS – BA 
2018 
 
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE SANTA CRUZ 
LÍVIA CUNHA DE ASSIS 
LHAÍS TORQUATO ANDRADE  
  
  
  
                         
  
  
CALORIMETRIA 
  
Relatório apresentado pelos (as) alunos (as) Lívia Cunha de Assis, Lhaís Torquato Andrade  ao professor Antônio Jamil, para a disciplina Física Experimental II, como requisito parcial da avaliação do semestre 2017.2, turma P08. 
  
  
  
 
ILHÉUS – BA 
 2018 
 
 
  
SUMÁRIO
  
 
Introdução..........................................................................................................1 
Materiais e Métodos...........................................................................................2
Resultados e Discussões .................................................................................3 
Conclusão...........................................................................................................5 
   
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
 
  
  
  
  
 
 
 
.1. INTRODUÇÃO 
          Calorimetria é, no geral, a área da química que estuda as trocas de energia na forma de calor entre corpos ou sistemas. Calor pode ser definido como a energia que é transferida como resultado de uma diferença de temperatura, a qual flui de uma região com alta temperatura para uma região de baixa temperatura até que as duas atinjam um equilíbrio térmico. A unidade de medida de calor é a caloria (cal), apesar de sua unidade no SI ser Joule (J). Uma caloria é definida como a quantidade de calor necessário para aumentar a temperatura de 1 grama de água de água pura, sob pressão normal de 14,5 ºC até 15,5 ºC. 
         A relação entre caloria e Joule é dada por: 
                     1 cal = 4,186 J 
         A partir daí, pode-se fazer conversões entre as unidades: 
                     1 kcal = 1000 cal 
                     1000 cal = 4186 J 
                      4186 J = 1kJ 
          Calor sensível é o calor que recebido ou cedido, provoca uma variação de temperatura no corpo. A lei física conhecida como Equação Fundamental da Calorimetria diz que a quantidade de calor sensível (Q) pode ser medida pelo produto de sua massa (m), da variação de temperatura (ΔT) e de uma constante de proporcionalidade denominada calor específico (c) que é uma característica de cada material e sua unidade de medida usual é cal/g°C e no SI J/kg°C. Ele representa a quantidade de calor que deve ser fornecida a fim de elevar a um 1°C cada 1g de determinada substância. 
                     Assim:    Q = m • c • ΔT 
          Se Q>0, significa que o corpo recebe calor e aquece, se Q<0, o corpo cede calor e, portanto resfria. 
         Calor latente é o calor necessário para que 1kg de substância mude de estado físico. Este é dado pelo produto da massa do corpo (m) por uma constante de proporcionalidade (L) chamada de calor latente de mudança de fase e se refere à quantidade de calor que 1g de substância precisa receber para mudar seu estado físico. 
                    Assim: QL = m • L 
         Se QL>0 o corpo funde ou vaporiza, se  QL<0 o corpo solidifica ou condensa. 
         As transferências de energia em forma de calor podem ser medidas por um recipiente chamado calorímetro cujo interior funciona como um sistema isolado, o ideal é não haja troca de calor com o meio externo, mas ele pode ou não participar de trocas energéticas com os corpos nele colocados. Um calorímetro simples consiste de um recipiente contendo uma mistura reacional, um agitador e um termômetro. Dentro dele, as substâncias trocam calor até atingir o equilíbrio térmico. 
         Como o calorímetro funciona como um sistema isolado, toda a energia passa de um corpo para o outro. Como ao ceder calor Q < 0, e ao receber Q > 0, a soma algébrica das quantidades de calor trocadas no sistema é nula, ou seja: 
                 ΣQ = 0 
              Q1 + Q2 + Q3 + ... + Qn = 0 
              |Calor cedido| = |Calor cedido| 
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         A capacidade calorífica de um calorímetro diz respeito a quantidade de calor absorvida por grau Celsius de aumento da temperatura, esta permite determinar a quantidade de energia transferida a partir da variação de temperatura. É dada pela equação: 
               qcal = Ccal • ΔT 
Sendo que o calor do calorímetro, C a capacidade calorífica do calorímetro e ΔT a variação de temperatura. 
  
2. MATERIAIS E MÉTODOS
	2.1. MATERIAIS
· Calorímetro;
· 2 Termômetros;
· Água;
· Gelo;
· Corpo de prova de alumínio;
· Corpo de prova de cobre;
· Becker;
· Aquecedor.
2.2. MÉTODOS
Para a realização da calibração do calorímetro foi adicionado 100mL de água a temperatura ambiente ao recipiente que é fechado, imediatamente é colocado um termômetro pela pequena abertura superior e a temperatura é aferida. Após um determinado período de observação, é adicionado 100mL de água fervente ao recipiente, que é novamente fechado e a temperatura é aferida.
Após a calibração do calorímetro um segundo experimento foi realizado, onde uma pedra de gelo é adicionada ao calorímetro que possuía 100mL de água em temperatura ambiente. Observou-se a temperatura final do sistema e foram feitas anotações.
A água foi aquecida novamente até atingir 92ºC, em seguida o corpo de prova de alumínio foi adicionado. Esperou-se por alguns minutos para que o corpo absorvesse calor e foi transferido para o calorímetro que continha água em temperatura ambiente, quando o sistema entrou em equilíbrio a temperatura medida no termômetro foi anotada. O mesmo procedimento foi repetido para o corpo de prova de cobre, entretanto a temperatura da água que foi medida foi 77ºC.
22ª Parte: ''Achando o calor latente do gelo " 
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
1ª Parte: ''Calibrando o calorímetro" 
Dados: 
· Água fria:
Ti = 26 °C 
Tf = 62 °C 
V = 100 ml = 100 g de H2O 
· Água quente:
Ti = 100 °C 
Tf = 62 °C 
V = 100 ml = 100 g de H2O 
Como o calorímetro funciona como um sistema isolado, toda a energia passa de um corpo para o outro. Como ao ceder calor Q < 0, e ao receber Q > 0, a soma algébrica das quantidades de calor trocadas no sistema é nula. 
CT + máguacáguaT + mquentecquenteT = 0
C x (62 - 26) + 1 x 100 (62 - 26) + 100 (62 – 100) = 0 
		36 x C + 3600 – 3800 = 0
		 36 x C – 200 = 0
			C = 5,5 cal/ºC
2ª Parte: ''Achando o calor latente do gelo " 
Dados:
· Água fria:
Ti = 26 °C 
Tf = 7 °C 
V = 100 ml = 100 g de H2O 
· Gelo:
Ti = 1 °C 
Tf = 7 °C 
m = 33,9 g de gelo
m = 24,2 g de gelo derretido
	Calor latente, também chamado de calor de transformação, é a grandeza física relacionada à quantidade de calor que uma unidade de massa de determinada substância deve receber ou ceder para mudar de fase, ou seja, passar do sólido para o líquido, do líquido para o gasoso e vice-versa.
		CT + máguacáguaT + mderretidaL + mgelocgeloT = 0
	5,5 x (7 – 26) + 100 x 1 x (7 – 26) + 24,2 x L + 33,9 x 0,5 x (7 – 1) =0 
		5,5 x (-19) + 100 x (-19) + 24,2 x L + 33,9 x 6 x 0,5 =0 
			-104,5 -1900 + 24,2 x L + 101,7 = 0 
				-1902,8 + 24,2 x L =0
					L = 78,62 cal/g
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3ª Parte: ''Achando o calor específico do cobre e alumínio " 
Dados:
· Água fria:
Ti = 26 °C 
Tf = 30 °C 
V = 100 ml = 100 g de H2O
· Cobre:
Ti = 77 °C 
Tf = 30 °C 
V = 99,7g de cobre
Calor específico é uma grandeza física intensiva que define a variação térmica de determinada substância ao receber determinada quantidade de calor. Também é chamado de capacidade térmica mássica.
CT + máguacáguaT + mcobreccobreT = 0
	5,5 x (30-26) + 1 x 100 (30 – 26) + 99,7x c x (30-77) = 0
		5,5 x 4 + 100 x 4 + 99,7 x c x (- 47) = 0
			22 + 400 – 4685,9 x c = 0
			(-4685,9 x c = - 422 ) x(-1)
				c = 0,09 cal/ gºC
Dados:
· Água fria:
Ti = 26 °C 
Tf = 30 °C 
V = 100 ml = 100 g de H2O
· Alumínio:
Ti = 92 °C 
Tf = 30 °C 
V = 30,4g de cobre
	Utilizando os dados podemos calcular o valor do calor específico:
CT + máguacáguaT + maluminiocaluminioT= 0
5,5 x (30 – 26) +1 x 100 x (30 – 26) + 30,4 x c x (30 – 92) = 0
		5,5 x 4 + 100 x 4 + 30,4 x c x ( - 62) = 0
			22 + 400 – 1884,8 x c = 0
			 -1884,8 x c = - 422 x(-1)
				c = 0,22 cal/gºC
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5. CONCLUSÃO
	A partir dos experimentos realizados com o uso do calorímetro, foi possível perceber e mensurar os valores do calor específico do cobre e do alumínio, assim como o valor do calor latente do gelo com mais precisão em sistemas distintos. Logo, o uso do calorímetro foi fundamental para a obtenção de dados para a realização das análises. Sendo assim, concluímos com tais experimentos que é possível encontrar em laboratório resultados próximos aos valores utilizados por grandes teóricos em suas pesquisas. 52ª Parte: ''Achando o calor latente do gelo "