Aula Calorimetria, Calor Específico e Equivalente Mecânico do Calor

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CALORIMETRIA E CALOR ESPECÍFICO
EQUIVALENTE MECÂNICO DO CALOR
Prof. João Guilherme Nogueira Matias
Curso de Engenharia de Computação
Curso de Engenharia Elétrica
Campus da UFC em Sobral
 
CONTEÚDO PROGRAMÁTICO
● Revisão teórica
– Definição das Grandezas Capacidade Térmica e Calor Específico, 
Definição de Calorimetria e Calorímetro, Equivalente Mecânico do Calor, 
Potência e Energia
● Objetivos
● Procedimento experimental
● Resultados experimentais
● Atividades
● Bibliografia
 
DEFINIÇÃO: CAPACIDADE TÉRMICA e 
CALOR ESPECÍFICO
• No estudo da transmissão de calor por sólidos e líquidos definimos a capacidade 
térmica de um corpo, C, como a razão entre a quantidade de calor recebida ou 
cedida pelo corpo, Q, e sua mudança de temperatura, T.
C = Q/T (1)
 
• O calor específico, c, é a capacidade térmica por unidade de massa do corpo.
 
c = C/m = Q/m.T (2)
• O calor específico depende do material de que é feito o corpo.
 
Calores específicos
Substância
Calor específico - c
cal/g.oC J/kg.K - SI
Chumbo 0,0305 128
Prata 0,0564 236
Cobre 0,0923 386
Alumínio 0,215 900
Latão 0,092 380
Granito 0,19 790
Vidro 0,20 840
Etanol 0,58 2430
Água doce 1,00 4180
Água do mar 0,93 3900
Gelo 0,53 2220
 
CALORIMETRIA E CALORÍMETRO
• Em um sistema isolado termicamente (o fluxo de calor, recebido ou gerado 
pelo do sistema, será zero), a energia interna permanece constante e o calor 
será trocado entre os corpos.
• A técnica usada para medir calor específico (calorimetria) envolve aquecer 
um corpo até determinada temperatura e colocá-lo em contato com uma 
massa de água em um recipiente isolado termicamente (calorímetro). 
• Mede-se a temperatura final do sistema e, por conservação de energia, 
sabemos que o calor cedido pelo corpo quente (Qp) será igual ao calor 
recebido pela massa de água (Qag) mais o calor recebido pelo calorímetro, 
ou seja:
Qp = Qag + QC (3)
 
Equivalente Mecânico do Calor
• Até por volta de 1850, a termodinâmica e a mecânica eram consideradas partes distintas da 
física.
• Em meados do século 19, James Joule e outros mostraram que a energia podia ser 
adicionada ou retirada de um sistema por meio de calor ou realizando trabalho sobre, ou 
pelo, sistema. 
• Hoje sabemos que a energia interna pode ser transformada em energia mecânica e a 
conservação da energia é um conceito universal.
• Em um sistema não conservativo (onde forças de atrito ou de arrasto atuam) verificamos que 
sua energia mecânica é perdida.
• Essa energia mecânica não desaparece, mas é transformada em energia interna do sistema.
• A conexão entre energia mecânica e energia interna de um sistema foi primeiro proposta por 
Benjamim Thompson mas foi Joule que estabeleceu a equivalência entre estas duas formas 
de energia.
 
• Experimento de Joule
– A energia mecânica perdida pela 
queda das massas m é transformada 
em energia interna da água, 
aumentando sua temperatura.
Equivalência Joule - Caloria
Relação entre caloria e Joule
1 cal = 4,186 J
 
Potência e Energia
• A potência elétrica fornecida por uma fonte de tensão e corrente é dada por:
P = VI (4)
– onde P é a potência fornecida, V é a tensão aplicada e I a corrente elétrica.
• A potência é definida como sendo o trabalho realizado, W, por unidade de 
tempo, t, (P = W/t), mas devido à equivalência entre trabalho e energia ela 
pode ser escrita como sendo
P = E/t ou E = VIt (5)
– onde E é a energia fornecida ao sistema.
 
OBJETIVOS
• Determinar a capacidade térmica de um calorímetro.
• Determinar o calor específico de corpos de prova 
sólidos.
• Comparar os valores medidos com os valores obtidos 
da literatura.
• Determinar a equivalência entre Joule e caloria.
 
MATERIAIS
• Calorímetro, provetas, becker, aquecedor elétrico, corpos 
de prova de alumínio, latão e teflon, termômetros, resistor 
ôhmico, fonte de corrente e tensão, multímetros digitais, 
cronômetro
Vídeo: Materiais Calorimetria e Calor Específico
https://youtu.be/vuuYvlpMZBU
 
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Capacidade térmica de um calorímetro
• Com uma proveta, colete e meça a massa de aproximadamente (não 
precisa ser exatamente esse valor) 50 ml de água fria. Anote na Tabela 1. 
Despeje a água no calorímetro, agite, e meça a temperatura inicial do 
sistema. Anote na Tabela 1.
• Aqueça água no béquer até aproximadamente 35°C (não precisa ser 
exatamente esse valor). Com uma proveta, colete e meça a massa de 
aproximadamente (não precisa ser exatamente esse valor) 50 ml de água 
quente. Anote na Tabela 1. 
• Despeje a água quente no calorímetro, feche-o, agite novamente e meça a 
temperatura de equilíbrio. Meça e anote na Tabela 1
Vídeo: Prática Capacidade Térmica do Calorímetro
https://youtu.be/UZhhqtk4rbA
 
Tabela 1 e Atividade 1
Capacidade térmica de um calorímetro
Água Fria Água Quente
Temperatura no 
Equilíbrio (oC)
C (cal/oC)
Massa (g) Temperatura (oC) Massa (g) Temperatura (oC)
51 21 51 38 29
Atividade 1
● Com os dados da Tabela 1 e combinando as equações 1, 2 e 3, determine a 
capacidade térmica, C, do calorímetro usado na prática. Neste caso, o corpo 
quente é a água quente.
– Obs: Use o valor do calor específico da água obtido da literatura, c = 1 cal/g.oC.
 
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Calor específico de corpos de prova sólidos
• Com uma proveta, colete e meça a massa de aproximadamente (não 
precisa ser exatamente esse valor) 100 ml de água na temperatura 
ambiente. Anote na Tabela 2. Despeje a água no calorímetro, agite, e meça 
a temperatura inicial do sistema. Anote na Tabela 2
• Meça a massa do corpo de prova de latão e anote seu valor na Tabela 2
• Coloque o corpo de prova em um becker com água e o aqueça até a 
ebulição. Meça a temperatura deste sistema. Anote na Tabela 2
• Rapidamente, retire o corpo de prova do becker e o coloque no calorímetro, 
feche e meça a temperatura de equilíbrio. Anote na Tabela 2
• Repita o procedimento anterior para os outros corpos de rova
Vídeo: Prática Calorimetria e Calor Específico
https://youtu.be/0YNKU3Jwd7c
 
Tabela 2 e Atividade 2
Calor específico de corpos de prova sólidos
Corpo de prova
Água Corpo de prova
Temperatura 
no Equilíbrio 
(oC)
c (cal/g.oC)
Massa (g)
Temperatura 
(oC)
Massa (g)
Temperatura 
(oC)
Alumínio 100 22 32 92 27
Latão 100 26 98 92 31
Teflon 100 31 14 88 33
Atividade 2
● Com os dados da Tabela 2 e combinando as equações 1, 2 e 3, determine o calor específico dos 
corpos de prova, c.
– Obs: Use o valor do calor específico da água obtido da literatura, c = 1 cal/g.oC.
• Compare os valores dos calores específicos dos corpos de prova medidos neste experimento com os 
valores obtidos da literatura. Verifique a diferença na medida através da expressão:
– Erro (%) = [(Vm – Vl)/ Vl] x 100, onde Vm é o valor medido e Vl é o valor da literatura.
 
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Equivalente mecânico do calor
• Determine a capacidade térmica do calorímetro que contem o 
resistor usando o procedimento descrito na prática “Capacidade 
Térmica do Calorímetro”. 
• Meça a massa de aproximadamente (não precisa ser exatamente 
este valor) 150 ml de água fria cuja temperatura deve ser 
aproximadamente 10 oC abaixo da temperatura ambiente. 
• Despeje a água no calorímetro que contem o resistor, tampe-o e 
meça a temperatura inicial de equilíbrio. 
• Anote os dados na Tabela 3.
 
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
Equivalente mecânico do calor
• Monte o circuito elétrico apresentado 
esquematicamente na figura ao lado, 
onde:
– R, representa o resistor localizado 
dentro do calorímetro,
– A, representa um amperímetro,
– V, representa um voltímetro, e
– Ɛ, representa uma fonte de 
tensão/corrente contínua (CC).
Vídeo: Materiais Equivalente Mecânico do Calor
AA
V
A
Re
Amperímetro
Resistor
Voltímetro
Fonte CC
https://youtu.be/noPetdw37go
 
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
Equivalente mecânico do calor
• Na fonte fonte CC, escolha um valor de 15 V para aplicar ao resistor.
• Inicie a contagem do tempo no momento queenergizar / ligar o circuito.
• Meça a tensão e a corrente efetivamente aplicada ao resistor (valores medidos no 
amperímetro e no voltímetro). Anote na Tabela 3.
– Obs: Os valores de corrente e tensão poderão se modificar ao longo do tempo. Escolha 
um valor, que julgar médio, ao anotar na tabela.
• Quando a temperatura atingir aproximadamente 10 oC acima da temperatura 
ambiente (não precisa ser exatamente este valor), desligue a tensão da fonte, ao 
mesmo tempo que desliga o cronômetro finalizando a contagem do tempo.
• Aguarde a temperatura estabilizar e meça seu valor.
• Anote tempo e temperatura na Tabela 3.
Vídeo: Prática Equivalente Mecânico do Calor
https://youtu.be/eLToHiS-WIg
 
Tabela 3 e Atividade 3
Equivalente mecânico do calor
Massa de Água 
(g)
Temperatura 
Inicial (oC)
Tensão 
(V)
Corrente 
(A)
Tempo 
(s)
Temperatura 
Final (oC)
Relação 
Joule/Caloria
150 19 14,5 1,5 540 36
Atividade 3
• Com os dados da Tabela 3 e combinando as equações 1, 2, 3 e 5, determine o valor da 
relação Joule/caloria e compare o valor obtido no procedimento com o valor da 
literatura: 4,186 J/cal.
– Obs: Use o valor do calor específico da água obtido da literatura, c = 1 cal/g.oC.
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