RELATÓRIO DE ATIVIDADES DE LABORATÓRIO- Calorímetria (Marcelo D)

Prévia do material em texto

RELATÓRIO DE ATIVIDADES DE LABORATÓRIO 
FÍSICA EXPERIMENTAL 
PRÁTICA 9: CAPACIDADE TÉRMICA E CALOR ESPECÍFICO 
 
 
 
 
 
 
Nome: Marcelo Douglas Ribeiro de Oliveira Matrícula: 374673 
 
Turma: B 
Data da prática: 06/10/2015 
 
 
 
Russas-CE 
Outubro/2015 
SUMÁRIO 
1- OBJETIVOS.........................................................................................................................03 
2- MATERIAIS.........................................................................................................................03 
3- FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA........................................................................................04 
4- PROCEDIMENTO...............................................................................................................06 
5- QUESTIONÁRIO.................................................................................................................09 
6- CONCLUSÃO......................................................................................................................11 
7- BIBLIOGRAFIA..................................................................................................................12 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1. OBJETIVOS 
 
 Determinar a capacidade térmica de um calorímetro; 
 Determinar o calor específico de vários sólidos. 
 
2. MATERIAL 
 
 Calorímetro; 
 Água; 
 Amostras de ferro, alumínio e latão; 
 Balança digital; 
 Termômetros (um analógico e um digital); 
 Béquer de vidro de 250 ml; 
 Proveta graduada de 100 ml; 
 Transformador 220V/110V; 
 Aquecedor elétrico 110V (mergulhão); 
 Fogareiro elétrico. 
 
 
 
 
 
 
03 
3. FUNDMENTAÇÃO TEÓRICA 
 
3.1- CALOR: 
 Antes de entender os conceitos de calor específico e capacidade térmica e conhecer o 
funcionamento de um calorímetro é de fundamental importância que se defina o conceito de 
calor. O calor é a energia térmica que está sendo transferida de um corpo de maior temperatura 
para um corpo de menor temperatura, garantindo assim um equilíbrio térmico entre os corpos. 
Sua unidade no SI é o Joule, embora seja mais empregada a unidade de caloria. O calor é 
diretamente proporcional a energia interna do sistema. 
 
3.2- CALOR ESPECÍFICO: 
 Em palavras, o calor específico representa a quantidade de energia necessária para 
elevar 1°C a temperatura de 1 grama da substância em questão. O calor específico caracteriza 
as substâncias pois ele varia de substância em substância, sua unidade no SI é Cal/Kg°C. Ele 
pode ser determinado pela razão entre a capacidade térmica e a massa da substância, 
matematicamente ficando da seguinte maneira: 
c = C/m 
Sendo: 
c: Calor específico; 
C: Capacidade térmica da substância; 
m: Massa da substância. 
 
3.3- CAPACIDADE TÉRMICA: 
 A capacidade térmica é definida como a quantidade de calor que um determinado corpo 
deve ganhar ou ceder para que sua temperatura sofra a variação de 1°C. Em outras palavras a 
capacidade térmica é a capacidade de absorver ou perder calor que um determinado corpo tem, 
em razão da variação de temperatura sofrida por ele. Matematicamente essa expressão pode ser 
04 
expressada da seguinte maneira: 
C = m*c 
Onde: 
C: Capacidade térmica; 
m: Massa do corpo; 
c: Calor específico do corpo. 
 Corpos que possuem baixa capacidade térmica são corpos que demoram mais para 
serem aquecidos e quando estão à alta temperatura demoram resfriar-se. 
 
3.4- CALORÍMETRO: 
 O calorímetro é um aparelho que mede as quantidades de calor absorvidas ou cedidas 
atravé de trocas físicas ou químicas que uma substância sofre. O calorímetro pode medir, por 
exemplo, a troca de temperatura de uma substância com capacidade térmica conhecida, assim 
também como o calor específico de determinada substância. Observe abaixo na figura 1 um 
calorímetro usual. 
Figura 1. Calorímetro usual. 
 
 
 
05 
4. PROCEDIMENTO 
 
PROCEDIMENTO 1: Determinação do equivalente em água do Calorímetro. 
1.1 - Colocou-se uma massa m’ = 80 gramas de água no calorímetro à temperatura ambiente. 
Para isso, foi medido numa proveta de 80 ml de água e colocado no calorímetro. Anotou-se na 
tabela 9.1 a temperatura da água fria, neste caso a temperatura ambiente, t0. 
1.2 - Colocou-se um pouco mais de 200 ml de água no béquer de vidro. Foi colocado o 
aquecedor no béquer antes de ligar para aquecer até aproximadamente 60 °C. Desligou-se o 
aquecedor elétrico e em seguida foi retirado do béquer. 
1.3 - Mediu-se 100 ml da água aquecida num béquer de plástico. Anotou-se a temperatura da 
água aquecida, T, depois de ter sido colocada no béquer de plástico. Foi anotado também as 
massas de água quente e de água fria na Tabela 9.1. 
1.4 - Colocou-se os 100 ml de água aquecida no calorímetro contendo 80 g de água à 
temperatura ambiente. 
1.5 - Agitou-se a água do calorímetro utilizando o termômetro digital. 
1.6 - Depois do equilíbrio térmico (cerca de dois minutos) anotou-se na Tabela 9.1 a 
temperatura do equilíbrio, te. 
 
Tabela 9.1. Resultados experimentais para a determinação do equivalente em água do calorímetro. 
m = massa de água quente 100,0 g 
m’= massa de água fria 80,0 g 
c0= calor específico da água 1cal/g °C 
T = temperatura da água quente 56,2 °C 
t0 = temperatura da água fria 28 ° C 
te = temperatura de equilíbrio 41,2 ° C 
C = capacidade calorífica do 
calorímetro 
33,6 cal/°C 
06 
1.7 - Calculamos a capacidade calorífica (equivalente em água) do calorímetro através da 
fórmula abaixo e consultamos nosso professor para saber se obtivemos um valor aceitável. 
𝐶 =
𝑚. 𝑐0. (𝑇 − 𝑡𝑒) − 𝑚’. 𝑐0. (𝑡𝑒 − 𝑡0)
𝑡𝑒 − 𝑡0
 
Daí temos, 
𝐶 =
100.1. (56,2 − 41,2) − 80.1. (41,2 − 28)
41,2 − 28
 
𝐶 =
444
13,2
Q 
𝐶 = 33,6 cal/°C 
 
 
PROCEDIMENTO 2: Determinação do calor específico de várias substâncias. 
2.1 - Colocou-se no calorímetro uma massa m’ = 200 g de água, à temperatura ambiente t0. 
Anotou-se na tabela 9.2. 
2.2 – O professor aqueceu a uma temperatura T (temperatura de ebulição da água) a substância 
cujo calor específico e se queira determinar. Para isso, deixou a amostra imersa em água 
fervente por alguns minutos a fim de que entre em equilíbrio térmico. Foi anotada a temperatura 
T na Tabela 9.2. 
2.3 - Colocou-se no calorímetro, com rapidez, a substância em teste, para não haver perda de 
calor. 
2.4 - Agitou-se sempre, esperando uniformizar a temperatura da “mistura” (de três a quatro 
minutos) e anotou-se na tabela 9.2 a temperatura de equilíbrio, te. 
2.5 - Levou-se a amostra a uma balança digital e foi determinado sua massa M, anotou-se na 
tabela 9.2. 
2.6 – Repetiu-se o procedimento para as outras amostras. 
 
Tabela 2: Resultados experimentais para a determinação do calor específico. 
Material M (g) m’ (g) m0 (g) T (°C) t0 (°C) te 
(°C) 
c 
(cal/g°C) 
Ferro 115,45 200,0 33,6 98,4 28,5 32,7 0,1293 
Alumínio 53 200,0 33,6 98,4 28,9 32,2 0,2197 
Latão 106,25 200,0 33,6 98,4 28,8 31,7 0,0975 
07 
Da fórmula: 𝑐 = ((𝑚’ + 𝑚0). 𝑐𝑜. (𝑡𝑒 − 𝑡𝑜)) 𝑀⁄ (𝑡𝑒 − 𝑡𝑜)temos: 
 
𝑐𝑓 = ((200 + 33,6). (32,7 − 28,5)) 115,45.⁄ (98,4 − 32,7). 
𝑐𝑓 = (233,6 ∗ 4,2) 7585,065⁄ = 0,1293 𝑐𝑎𝑙 𝑔⁄ °𝐶 
 
𝑐𝑎𝑙 = ((200 + 33,6). (32,2 − 28,9)) 53.⁄ (98,4 − 32.2) 
𝑐𝑎𝑙 = (233,6 ∗ 3,3) 3508,600⁄ = 0,2197 𝑐𝑎𝑙 𝑔⁄ °𝐶 
 
𝑐𝑙 = ((200 + 33,6). (31,7 − 28,8)) 106,25.⁄ (98,4 − 31,7) 
𝑐𝑙 = (233,6 ∗ 2,9) 7086,875⁄ = 0,0975 𝑐𝑎𝑙 𝑔⁄ °𝐶 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
08 
5. QUESTIONÁRIO 
 
1 - Lembrando que o calor específico da água é maior que o da areia, explique por que as brisas 
marítimas sopram, durante o dia, do mar para a terra, e, à noite, em sentido contrário. Discuta 
a influência destes fatos sobre o clima das regiões beira-mar. 
 R- Durante o dia, a areia esquenta mais rápidoque a água, pois o maior calor específico 
da água determina uma menor velocidade na variação de temperatura, então o ar quente da areia 
sobe por ser mais leve e o ar mais frio do mar “é soprado” para a praia, dando origem a brisa 
marítima. À noite ocorre o inverso a brisa corre em direção ao mar, pois a areia que esfria mais 
rapidamente e, portanto detém o ar mais frio e denso é empurrado para o mar onde a água ainda 
está resfriando. 
 
2 - O calor pode ser absorvido por uma substância sem que esta mude sua temperatura? 
 R- Sim, o calor recebido em que o corpo muda de estado físico sem mudança de 
temperatura é denominado calor latente. Já a situação inversa é chamada de calor sensível. 
 
3 - Quando um objeto quente esquenta um frio, suas mudanças de temperatura são iguais em 
magnitude? Dê exemplo extraído desta prática. 
 R- Não, o ferro, por exemplo, estava a 98,5 °C e a água estava a 27,6 °C e a temperatura 
final foi de 31,7° C, o que dá uma diferença de temperatura para o ferro muito maior que a água. 
 
4 - Dois sólidos de massas diferentes, a uma mesma temperatura, recebem iguais quantidades 
de calor e sofrem a mesma variação de temperatura. Que relação há entre seus calores 
específicos? 
 R- Dada a fórmula do calor específico c=Q⁄m.ΔT, temos: 
Como as quantidades de calor, e a variação de temperatura são iguais, escrevemos: 
c=Q⁄m.ΔTe c’=Q⁄m’.ΔT, dividindo as equações teremos: 
09 
c⁄c’=((Q⁄m.ΔT))⁄((Q⁄m’.ΔT)), eliminando Q e ΔT: 
c⁄c’=m ’⁄m. 
 
5 - Um calorímetro contém 30 mL de água a temperatura ambiente, 25 ºC. Adiciona-se 50 mL 
de água a 35 ºC ao calorímetro. Após alguns minutos a temperatura estabiliza-se em 29 ºC. 
Determine: 
a) A capacidade térmica do calorímetro. 
R- Temos que o calor específico da água é de 1 cal/g ºC, assim: 
30 mL * 1cal/g ºC * (29ºC – 25ºC) + 50mL * 1cal/g ºC * (29ºC - 35ºC) + CT * (29ºC – 25ºC) 
= 0 
120 – 300 + CT * 4 = 0 
CT = 45 cal/ºC 
b) A quantidade de calor absorvida pelo calorímetro. 
R- 30 mL * (29ºC – 25ºC) + 50mL * (29ºC – 35ºC) = 120 – 300 = -180 cal. 
180 calorias foram cedidas. 
c) A quantidade de calor absorvida pela água existente previamente no calorímetro. 
R- 30 mL * (29ºC – 25ºC) = 120 cal. 
120 calorias foram absorvidas. 
d) A quantidade de calor cedida pela água quente (35ºC) adicionada ao calorímetro. 
R- 50mL * (29ºC – 35ºC) = -300 cal. 
300 calorias foram cedidas. 
 
 
 
 
10 
6. CONCLUSÃO 
 
 Através dos experimentos realizados na aula prática foi possível verificar o 
funcionamento do calorímetro determinando se maneira bem simples sua cápacidade térmica 
com auxilio também de termômetros, foi posssível também determinar o calor específico de 
três materias diferentes, sendo eles o ferro, o alumínio e o latão. 
 Através da aula prática foi possível verificar que cada material apresenta um calor 
específico diferente. Foi possivel entender também a relação entre o equilíbrio térmico e a 
capacidade térmica de cada material analisado no experimento. 
 Os experimentos foram realizados de maneira simples sem muitas dificuldades de 
execução mostrando assim resultados satisfatórios. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
11 
7. BIBLIOGRAFIA 
 
http://papofisico.tumblr.com/post/21350651918/o-que-%C3%A9-calor (Acesso em: 09/10/2015). 
http://coral.ufsm.br/gef/Calor/calor14.pdf (Acesso em: 09/10/2015). 
http://www.mundoeducacao.com/fisica/capacidade-termica.htm (Acesso em: 09/10/2015). 
https://www.infopedia.pt/login?ru=apoio/artigos/$calorimetro (Acesso em: 10/10/2015). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
12 
http://papofisico.tumblr.com/post/21350651918/o-que-%C3%A9-calor