Relatório Equivalencia Joule-caloria

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Sorocaba, 29 de fevereiro de 2020 
 
 
 
 
Centro Universitário Facens 
Engenharia Civil 
Física Experimental II 
 
 
 
 
 
 
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Equivalência de Joule-Caloria 
JOHNY WILLIAM BASQUEIRA, KÉZIA ROSA, VICTORIA ALBUQUERQUE, WALLACE 
J. PINTO 
 
1. Introdução 
A termodinâmica, ciência abordada no experimento descrito no presente trabalho, 
é a área da física que estuda fenômenos e sistemas físicos em que podem ocorrer 
trocas de calor entre dois ou mais corpos, ou seja, ela estuda o calor quando este 
está “transitando” pelo espaço e a energia mecânica em movimento em sistemas 
de troca de calor ou energia térmica. 
Neste relatório serão abordadas formas de relação entre o calor e energia, pois 
trata-se de uma análise prática de como essas duas grandezas podem ser 
equivalentes e de como propriedades como densidade e tempo podem interferir no 
processo de resfriamento de uma substância qualquer. Deste modo, faz-se 
necessário o conhecimento de alguns conceitos básicos: 
Quando dois corpos de temperaturas diferentes entram em contato, ocorre o 
fenômeno conhecido como resfriamento do corpo mais quente, ou seja, passagem 
de energia térmica na forma de calor do corpo de temperatura maior, para aquele 
que possui menor temperatura. 
A Primeira Lei da Termodinâmica trata do princípio de conservação da energia, de 
forma quantitativa. Num processo termodinâmico a energia total é conservada, de 
modo que a variação de energia interna (ΔU) de um sistema é a diferença entre o 
calor (Q) trocado com o meio e o trabalho (τ) realizado pelo sistema na vizinhança, 
por meio de uma força: 
ΔU = Q − J 
https://www.infoescola.com/fisica/primeira-lei-da-termodinamica/
 
 
 
 
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No sistema internacional de medidas, o calor é dimensionado pela grandeza Joule. 
Uma caloria equivale a quantidade de calor necessária para aumentar a 
temperatura de um grama de água pura, sob pressão normal, de 14,5 °C para 15,5 
°C. A relação entre a caloria e o joule é dada por: 
1 cal = 4,186J 
 
A área de contato, também foi um quesito experimentado em aula. O experimento 
analisou a hipótese de a área de contato influenciar na velocidade com que a 
temperatura da água foi se resfriando. 
Para chegar a uma conclusão sólida e confiável, fez-se necessário o cálculo de 
possíveis erros e desvios de medidas decorrentes das dimensões utilizadas para o 
experimento. As fórmulas utilizadas estão descritas abaixo: 
Sabemos quanto vale um joule, mas como o joule pode ser calculado? 
 
𝑱 = 
𝑾
𝑸
 = 
𝐕 . 𝐢 . ∆𝐉
𝒎 . 𝑪 . ∆𝐓 
 
Em que: 
 J é joule; 
W é o trabalho envolvido no resfriamento; 
Q é o calor transferido entre os sólidos; 
V é a velocidade do experimento; 
I é a corrente elétrica aplicada no sistema em Ampére (A); 
∆J é a variação de calor e joules no decorrer do sistema; 
m é a massa de água utilizada no experimento; 
C é a quantidade de calor transferida durante o experimento; 
∆T é a variação de temperatura durante o experimento. 
Vale lembrar, que para toda medida oriunda de aparelhos analógicos, existe uma 
imprecisão natural do aparelho utilizado e, quando esta medida é oriunda de um 
cálculo, é necessário o cálculo da dimensão do erro gerado a cada cálculo. 
 
2. Objetivos 
O principal objetivo deste experimento é determinar a equivalência entre Joule e 
caloria. Mas pode-se descrever 
 
 
 
 
 
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3. Detalhes do Experimento 
Foram realizados uma sequência de 3 experimentos; em todos os casos uma massa 
X de água foi medida e aquecida durante 10 minutos por um equipamento chamado 
fonte de tensão conectada ao calorímetro através de fios de cor vermelha e preta. 
Os testes foram realizados pela fonte de tensão calibrada a uma corrente de 2,14 
+-0,01A e uma tensão de 6 +-0,01V. 
Com a água já aquecida foram anotados os valores de temperatura inicial, 
temperatura final, e o cálculo da quantidade de calor. Com esses valores em mãos 
inicia-se o cálculo da equivalência joule-caloria e seus erros. Todos os resultados 
obtidos estarão descritos abaixo nas tabelas. 
 
3.1. Materiais 
 
• Calorímetro 
• Água 
• Termômetro 
• Rabo Quente 
• Béquer 
• Cronômetro 
• Máquina de Tensão 
 
4. Resultados e Discussão 
 
TESTE NÚMERO 1 
Coletas DADOS ERRO erros 
Massa de água (m) 178,1 0,1 Ꜫ ∆T (temperatura) 0,141421 
∆t (segundos) 600 1 Ꜫ ∆w (trabalho) 40,32036 
Corrente (A) 2,14 0,01 Ꜫ Ti 0,005969 
Tensão (V) 6 0,01 Ꜫ Tf 0,004374 
Calor (Q) 1567,28 11,59763 Ꜫ ∆Q (calor) 11,59763 
Temperatura Inicial 23,8 0,1 Ꜫ ∆J 0,025781 
Temperatura final 32,6 0,1 
Joule (Cal) 4,915522 0,025781 
Trabalho (W) 7704 40,32036 
 
 
 
 
 
 
 
 
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TESTE NÚMERO 2 
Coletas DADOS ERRO erros 
Massa de água (m) 180,9 0,1 Ꜫ ∆T (temperatura) 0,141421 
∆t (segundos) 600 1 Ꜫ ∆w (trabalho) 40,32036 
Corrente (A) 2,14 0,01 Ꜫ Ti 0,005918 
Tensão (V) 6 0,01 Ꜫ Tf 0,004875 
Calor (Q) 940,68 7,212626 Ꜫ ∆Q (calor) 7,212626 
Temperatura Inicial 24 0,1 Ꜫ ∆J 0,042922 
Temperatura final 29,2 0,1 
Joule 8,18982 0,042922 
Trabalho (W) 7704 40,32036 
 
TESTE NÚMERO 3 
Coletas DADOS ERRO erros 
Massa de água (m) 177,1 0,1 Ꜫ ∆T (temperatura) 0,141421 
∆t (segundos) 600 1 Ꜫ ∆w (trabalho) 40,32036 
Corrente (A) 2,14 0,01 Ꜫ Ti 0,006044 
Tensão (V) 6 0,01 Ꜫ Tf 0,004401 
Calor (Q) 1576,19 11,78513 Ꜫ ∆Q (calor) 11,78513 
Temperatura Inicial 23,5 0,1 Ꜫ ∆J 0,025637 
Temperatura final 32,4 0,1 
Joule 4,887736 0,025637 
Trabalho (W) 7704 40,32036 
 
5. Conclusões 
 
Este experimento tem por finalidade comprovar a equivalência de joule-caloria que 
por sua vez no sistema universal de unidades é dado pela equivalência de 1cal está 
para 4,186 joules, ou seja, para que 1g de água eleve 1oC é necessário 1cal ou 
4,186J. Foram realizados uma série de três experimentos para tirar a prova. Ao 
calcular a quantidade de calor e começar os cálculos referentes ao joule foram 
encontrados os valores para 1cal no experimento 1, 2 e 3 foram respectivamente: 
4,9183J, 5,3908J e 4,8867J. Compreende-se que para o cálculo de equivalência é 
necessário fazer o cálculo J = W/Q sendo Q a quantidade de calor obtida de acordo 
com a massa e Δt. O cálculo da equivalência leva em consideração a massa de 
água em questão, o experimento de número 3 foi o que possuia menor massa e um 
dos que receberam mais calor, tendo uma temperatura inicial de 23,5oC e uma 
temperatura final de 32,4oC, como obteve a maior quantidade de calor dos 
experimentos foi o valor que mais se aproximou. 
https://pt.wikipedia.org/wiki/%CE%94
 
 
 
 
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 6. Referências 
BORGES, Denise. Calor e Temperatura: Calor sensível: Calorimetria. Disponível 
em: 
http://www2.pelotas.ifsul.edu.br/denise/caloretemperatura/caloretemperatura_texto
.pdf. Acesso em: 25 mar. 2020. 
FIS UFBA. Calor e Energia. Disponível em: 
http://www2.fis.ufba.br/dfg/fis2/Equivalente_Calor_Energia.pdf. Acesso em: 26 
mar. 2020. 
FIS UFRGS. Unidades de calor. Disponível em: 
http://www.if.ufrgs.br/mpef/mef008/mef008_02/Beatriz/unidades.htm. Acesso em: 
26 mar. 2020. 
Guimarães, L. A. M; Boa, M. C. F. Termologia e óptica. São Paulo: Editora 
Harbra, 1997. 
SCIELO. Calorimetria Indireta. Disponível em: 
http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S0104-
42301997000300013&script=sci_arttext. Acesso em: 25 mar. 2020.