Relatório Física Experimental - Capacidade Térmica e Calor Específico

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ 
CENTRO DE CIÊNCIAS 
DEPARTAMENTO DE FÍSICA 
CURSO DE ENGENHARIA DE ALIMETOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO DE FÍSICA EXPERIMENTAL BÁSICA 
PRÁTICA 10: CAPACIDADE TÉRMICA E CALOR ESPECÍFICO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Bárbara Alves Chagas – 422217 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
13 de novembro de 2018, 08:00 – 11:00 
 Fortaleza – Ceará 
OBJETIVOS: 
• Determinar a capacidade térmica de um calorímetro; 
• Determinar o calor específico de vários sólidos; 
 
MATERIAL: 
• Calorímetro com agitador; 
• Água; 
• Amostra de ferro, alumínio e cobre; 
• Balança; 
• Termômetro; 
• Fonte de calor. 
 
 
PROCEDIMENTO 
 (PARTE 1) 
 Como o vaso de cobre, o agitador e o termômetro absorvem calor em quantidade significativa, 
é necessário que se conheça a quantidade a “capacidade calorífica” (C) do conjunto, também 
conhecida como “equivalente em água”, isto é, a quantidade de água que absorverá tanto calor quanto 
o conjunto das três peças. 
 Determinamos a capacidade calorífica executando o procedimento a seguir: 
 
 1.1 Colocamos uma massa m’ = 100 gramas de água no calorímetro; 
 
 1.2 Depois do equilíbrio térmico, por volta de sete minutos, anotamos a temperatura t0 dessa 
mistura formada pela água, vaso, termômetro e agitador; 
 
 1.3 Aquecemos m = 100 gramas de água à temperatura T = t0 + 10ºC, para evitar perda de 
calor, juntamos rapidamente essa água aquecida à água do calorímetro. 
 
 1.4 Acionado sempre o agitador, aguardamos o equilíbrio térmico e anotamos a temperatura t 
atingida pela mistura. 
 
 1.5 Aplicando o princípio da conservação da energia, temos: Qcedido = Qganho 
 
 1.6 Considerando que não houve troca de calor entre calorímetro e meio-ambientes temos: 
mc0(T – t) = m’c0(t – t0) + C(t – t0) 
 
Onde: 
m = massa de água quente – 100g 
m’ = massa de água fria – 100g 
c0 = calor específico da água – 1 cal/gºC 
T = temperatura da água quente – 34,9ºC 
t0 = temperatura da água fria – 24,9ºC 
t = temperatura final da mistura – 28,9ºC 
C = capacidade calorífica do calorímetro – 
 
Temos: 
C =
mc0(T – t) − m’c0(t – t0)
t – t0
=
100 ∙ 1(34,9 − 28,9) − 100 ∙ 1(28,9 − 24,9)
28,9 − 24,9
= 50cal/℃ 
 
 (PARTE 2) 
 Para calcular o calor específico de uma substância qualquer, conhecendo-se previamente o 
equivalente em água do equipamento, usamos a fórmula: 
c =
(m′ + m0) ∙ c0 ∙ (t − t0)
M(T − t)
 
 2.1 Colocamos no calorímetro uma massa m’ = 200 gramas de água, à temperatura ambiente 
t0. 
 2.2 Aquecemos a uma temperatura T (temperatura de ebulição da água) a substância cujo calor 
específico queríamos determinar. Para isso, deixamos imersa em água fervente por alguns minutos 
até entrar em equilíbrio térmico, então anotamos a temperatura. 
 2.3 Colocamos no calorímetro, com rapidez, a substância em teste, para não haver perda de 
calor; 
 2.4 Acionando sempre o agitador, esperamos uniformizar a temperatura da mistura e anotamos 
a temperatura de equilíbrio. 
 
c𝑎𝑙𝑢𝑚í𝑛𝑖𝑜 =
(m′ + m0) ∙ c0 ∙ (t − t0)
M(T − t)
=
(200 + 50) ∙ 1 ∙ (28,4 − 24,5)
60,1(98,7 − 24,5)
= 0,22 cal/g℃ 
c𝑐𝑜𝑏𝑟𝑒 =
(m′ + m0) ∙ c0 ∙ (t − t0)
M(T − t)
=
(200 + 50) ∙ 1 ∙ (28,8 − 24,5)
104(97,5 − 28,8)
= 0,15 cal/g℃ 
c𝑓𝑒𝑟𝑟𝑜 =
(m′ + m0) ∙ c0 ∙ (t − t0)
M(T − t)
=
(200 + 50) ∙ 1 ∙ (32,4 − 24,5)
149,1(97,5 − 32,4)
= 0,20 cal/g℃ 
 
 
 
 
 
MATERIAL M m’ 𝐦𝟎 T 𝐭𝟎 t c 
Alumínio 60,10 g 200 g 50 g 98,7º 24,5º 28,4º 0,22 cal/gºC 
Cobre 104,0 g 200 g 50 g 97,5º 24,5º 28,8º 0,15 cal/gºC 
Ferro 149,1 g 200 g 50 g 97,5º 24,5º 32,4º 0,20 cal/gºC 
Material Valor Experimental Valor Teórico Erro Percentual 
Alumínio 0,22 cal/gºC 0,220 cal/gºC 0% 
Cobre 0,15 cal/gºC 0,094 cal/gºC 59,5% 
Ferro 0,20 cal/gºC 0,110 cal/gºC 8,2% 
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. 
A brisa marítima surge da diferença de temperatura entre o mar e o continente. 
Durante o dia, o sol aquece o mar e a areia, como o calor específico da areia é menor que 
o da água, ela esquenta e esfria com maior facilidade. Assim, a areia esquenta mais rápido 
do que a água, então o ar quente da areia sobe, por ser mais leve, e é ocupado pelo ar frio 
que estava em contato com a água, surgindo uma brisa do mar para a terra. À noite ocorre 
o inverso, a brisa corre em direção ao mar, pois a areia esfria mais rapidamente e, portanto, 
detém o ar mais frio e denso que é empurrado para o mar onde a água ainda está esfriando. 
 
2. O calor pode ser absorvido por uma substância sem que esta mude sua temperatura? 
 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. 
Não, pois segundo a expressão Q = m c Δθ, para que a variação de temperatura 
seja igual, o produto da massa pelo calor específico deve ser o mesmo, o que nem sempre 
acontece. Por exemplos, nessa prática o alumínio estava a 98,7ºC e a água estava a 24,5ºC 
e, no entanto, quando atingiram o equilíbrio térmico a temperatura final foi 28,4ºC. 
 
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? 
 Como houve uma variação de temperatura e ambos os sólidos receberam a mesma 
quantidade de calor, então Q = Q, e, dada a formula de calor especifico c=Q/m.ΔT e 
c’=Q/m’.ΔT; 
c/c’=(Q/m.ΔT)/(Q/m’.ΔT), eliminando Q e ΔT: 
c/c’=m’/m. 
 
5. Consultar a Literatura Científica de modo a obter os calores específicos das substâncias 
abaixo. 
Alumínio – 0,220 cal/gºC 
Ouro – 0,032 cal/gºC 
Cobre – 0,094 cal/gºC 
Prata – 0,056 cal/gºC 
Latão – 0,092 cal/gºC 
Água – 1,000 cal/gºC 
Ferro – 0,110 cal/gºC 
Mercúrio – 0,033 cal/gºC 
 
*Fontes: [ 4 ] 
 
CONCLUSÃO 
Nessa prática, aprimoramos nossos conhecimentos a respeito de calorimetria. 
Determinamos a capacidade térmica de um calorímetro, por meio do “equivalente em 
água”, isto é, a quantidade de água que absorve tanto calor quanto o calorímetro. 
Determinamos, também, o calor especifico de três sólidos: alumínio, cobre e ferro. Na 
determinação do calor específico houve um grande erro percentual, provavelmente 
caudado pela perda de calor dos objetos para o ambiente. 
Concluímos que a temperatura de equilíbrio não é obrigatoriamente uma média 
das temperaturas iniciais, ou seja, que os corpos não obrigatoriamente sofrem a mesma 
variação de temperatura, pois como a fórmula de acordo com a expressão Q = m∙c∙Δθ, para 
haver uma mesma variação de temperatura, o produto m∙c deve ser constante. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
BIBLIOGRAFIA 
 
[ 1 ] DIAS, N. L. Roteiro de Física Experimental Básica. Fortaleza-CE: UFC, 2018. 
 
[ 2 ] SILAS, Joab. Convecção e brisas marítimas – BrasilEscola. Disponível: < https://b 
rasilescola.uol.com.br/fisica/conveccao-brisas-maritimas.htm>. Acesso em: 22 de nov. 
de 2018. 
 
[ 3 ] SUPERINERESSANTE. Mundo Estranho. Por que os ventos sopram da terra para 
o mar durante o dia e, à noite, do mar para a terra? 2011. Disponível: < https://super.ab 
ril.com.br/mundo-estranho/por-que-os-ventos-sopram-da-terra-para-o-mar-durante-o-
dia-e-a-noite-do-mar-para-a-terra/>. Acesso em: 22 de nov. de 2018. 
 
[ 4 ] FISICANET – Constante – Calor Específico de uma Substância. Disponível: <htt 
p://www.fisica.net/constantes/calor-especifico-c.php>. Acesso em: 22 de nov. de 2018.