Termodinâmica e Reações Químicas

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Diretoria de Ciências Exatas 
 
Laboratório de Física 
 
 
 
 
Roteiro 03 
 
 
Termodinâmica e Reações Químicas 
2017/02 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Capacidade Térmica de um Calorímetro 
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UNINOVE – TRQ – Roteiro 3 – Capacidade térmica de um calorímetro – 2017/2 
1. Calorimetria 
Nesta tarefa serão abordados os seguintes assuntos: 
• Capacidade térmica de um calorímetro 
 
2. Objetivos do experimento: 
Determinar a capacidade térmica de um calorímetro. 
 
3. Equipamentos utilizados: 
• Balança digital de precisão; 
• Calorímetro; 
• Termômetro de mercúrio (ou de álcool) graduado (de -10 ºC a 120 ºC); 
• Becker; 
• Aquecedor; 
• Água; 
 
4. Calorimetria – Capacidade térmica de um calorímetro 
Durante a análise de um projeto, que deverá ser executado para atender a 
determinada demanda e às necessidades inerentes a um processo industrial, o 
profissional competente, técnico ou engenheiro, deverá atentar para o material que 
deverá ser utilizado. 
A escolha do material é feita mediante o conhecimento de muitas de suas 
propriedades: mecânicas, elétricas e termodinâmicas. E para que se analisem estas 
propriedades é necessário que o profissional tenha um bom conhecimento de toda a 
teoria que as envolve. Particularmente, no que diz respeito às propriedades 
termodinâmicas dos materiais, deve-se ter assimilado, essencialmente, os conceitos 
de temperatura e de energia térmica. 
As trocas de calor entre dois corpos de diferentes temperaturas podem 
proporcionar tanto uma mudança em seus estados de agregação molecular, como em 
suas temperaturas, sendo conveniente ressaltar que tais mudanças nunca ocorrem 
simultaneamente. Por isso devem-se ter também os conceitos de calor sensível e 
calor latente. 
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Estes conceitos são quantizados e determinados a partir de leis matemáticas 
que foram obtidas empiricamente. De maneira especial, nesta etapa será 
contemplado o calor sensível e, particularmente, a capacidade térmica de um corpo. 
A partir da lei empírica denominada equação fundamental da calorimetria 
estabelecem-se os conceitos de capacidade térmica de um corpo e de calor específico 
de uma substância, os quais se caracterizam como constantes de proporcionalidade, 
características, respectivamente, do corpo e da substância que constitui o elemento 
em análise. É possível determinar, experimentalmente, tanto a capacidade térmica de 
um corpo, quanto o calor específico de uma substância, através da utilização do 
método das misturas: 
 
 
Quando se transfere energia térmica a uma substância por intermédio do 
aquecimento, sua temperatura normalmente sobe. A quantidade de energia térmica 
(Q) necessária para elevar a temperatura de uma substância é proporcional à variação 
de temperatura e à massa da substância: 
 
Q C T  
 
onde C é a capacidade térmica, definida como a quantidade de energia 
transmitida,por intermédio de aquecimento, necessária para elevar a temperatura de 
uma substância de um grau (Celsius). 
Pode-se escrever, também: 
 
Q m c T   , 
 
onde c é o calor específico definido como a capacidade térmica por unidade de 
massa 
C
c
m
 . 
 
Na Tabela 1 são indicados os valores dos calores específicos de alguns 
materiais sólidos e líquidos: 
0recebida cedidaQ Q  
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Tabela 1: Calor específico de alguns sólidos e líquidos 
Substância c (kJ/kg.K ou kJ/kg.ºC) 
Bismuto 0,123 
Ouro 0,126 
Chumbo 0,128 
Tungstênio 0,134 
Mercúrio 0,140 
Prata 0,233 
Latão 0,385 
Cobre 0,386 
Zinco 0,387 
Vidro 0,840 
Alumínio 0,900 
Gelo (-10ºC) 2,05 
Álcool Etílico 2,40 
Água 4,184 
 
 
5. Procedimento Experimental 
 
Abaixo estão ilustrados os dispositivos para o estudo da calorimetria. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1: Ilustração do equipamento utilizado. 
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5.1. Medir a massa do calorímetro (mC) vazio (Obs. O termômetro é parte 
integrante do calorímetro); 
m
C
= (______± ______)____ 
 
5.2. Medir 100 ml de água em um Becker e colocar essa quantidade de água 
dentro do calorímetro; 
 
5.3. Medir a massa m1 = (calorímetro + 100 mL de água). Determinar a 
massa de água dentro do calorímetro (
2 1H O C
m m m  ); 
 
5.4. Aguardar o sistema entrar em equilíbrio térmico e registrar a temperatura 
inicial (Ti); 
 
5.5. Medir 100 mL de água em um becker e aquecer essa água até atingir 
uma temperatura de aproximadamente 70ºC. Registrar a temperatura inicial da água 
aquecida (Ta); 
 
5.6. Colocar a água aquecida dentro do calorímetro, fechando-o 
imediatamente; 
 
5.7. Medir a massa m2 = (calorímetro + água + água aquecida). Determinar 
a massa de água aquecida acrescentada ao sistema (𝒎𝒂 = 𝒎𝟐 −𝒎𝟏); 
 
5.8. Aguardar que o sistema entre em equilíbrio térmico e registrar a 
temperatura final (Tf). 
 
6. Análise dos Dados 
 
Utilizar os valores encontrados para calcular os itens abaixo com as devidas 
propagações de erros: 
 
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6.1. A quantidade de calor transferida para água fria (
2H O
Q ) 
 
6.2. A quantidade de calor transferida pela água quente ( aQ ). 
 
6.3. A quantidade de calor transferida para o calorímetro (QC). 
 
6.4. Utilizando o Princípio Geral das Trocas de Calor 𝑄𝐶 +𝑄𝐻2𝑂 + 𝑄𝑎 = 0, 
determinar a capacidade térmica do calorímetro (C). 
 
 
 
 
 
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Curso 
Unidade Turma Período Sala 
Professor 
Nome do experimento: Data 
Nome completo 1 RA 1 
Nome completo 2 RA 2 
Rubrica do Professor Assinatura dos alunos Nota 
 
Objetivo: (Qual a finalidade do trabalho realizado?) 
 
 
 
 
Análise dos Dados e Resultados 
1. Quais foram os dados experimentais? (preencher a tabela): 
Elemento 
Massa 
Calor 
Específico 
Temperatura 
Inicial 
Temperatura 
Final de equilíbrio 
(kg) (kJ/kg.ºC) (ºC) (ºC) 
Água Fria 
2H O
m  
2H O
c  4,184 
Ti =
 
TF= 
Água 
Quente a
m  Ta=
 
 
2. Qual é a expressão utilizada para calcular as quantidades de calor parciais? 
 
 
3. Qual é a expressão utilizada para calcular o princípio geral das trocas de calor? 
 
 
 
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4. Como foram calculadas as incertezas de cada quantidade de calor parcial? 
 
 
5. Como foi calculada a incerteza para a expressão geral (princípio geral das trocas 
de calor)? 
 
 
6. Quais são os valores das quantidades de calor, acompanhadas de suas 
respectivas incertezas? 
 
Quantidades de Calor 
(kJ) 
Q
H
2
O
(água) = 
Q
a
(água quente ) = 
Q
C
(calorímetro) =
 
 
 
7. Qual é a capacidade térmica do calorímetro, acompanhada de sua incerteza? 
 
 
 
 
Conclusão: (comentários e avaliação dos resultados obtidos)