Relatório de prática de calorimetria física teórica experimental 2

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PRÁTICAS DE CALOR
 Aluno: 
Turma: 
INTRODUÇÃO
 O relatório a seguir irá descrever práticas referentes á calorimetria: propagação de calor, dilatação e condução térmica e troca de calor.
CALORIMETRIA
 Fisicamente o conceito dado a quente e frio é um pouco diferente do que costumamos usar no nosso cotidiano. Podemos definir como quente um corpo que tem suas moléculas agitando-se muito, ou seja, com alta energia cinética. Analogamente, um corpo frio, é aquele que tem baixa agitação das suas moléculas.
 Ao aumentar a temperatura de um corpo ou sistema pode-se dizer que está se aumentando o estado de agitação de suas moléculas.
 Ao tirarmos uma garrafa de água mineral da geladeira ou ao retirar um bolo de um forno, percebemos que após algum tempo, ambas tendem a chegar à temperatura do ambiente. Ou seja, a água "esquenta" e o bolo "esfria". Quando dois corpos ou sistemas atingem a mesma temperatura, dizemos que estes corpos ou sistemas estão em equilíbrio térmico.
· PROPAGAÇÃO DE CALOR
Em termologia, calor está ligado à transferência de energia térmica de um corpo de maior temperatura para um corpo de menor temperatura, ou seja, calor é a energia em trânsito.
· DILATAÇÃO TÉRMICA
 Quando a temperatura de um corpo aumenta, suas dimensões aumentam e o fenômeno é denominado de dilatação térmica, ocorrendo a contração térmica quando a sua temperatura diminui.
· TROCA DE CALOR
 Quando dois corpos ou mais corpos, que estão em temperaturas diferentes, são colocados em contato, ocorrem espontaneamente trocas de calor entre eles, que cessam ao atingir o equilíbrio térmico.
TEORIA 
Propagação de calor
 Para que ocorra troca de calor, é necessário que ele seja transferido de uma região a outra através do próprio corpo, ou de um corpo para outro.
 Existem três processos de transferência de calor estudados na termologia, são eles: condução, convecção e irradiação. A irradiação é a propagação de ondas eletromagnéticas que não precisam de meio para se propagar, enquanto que a condução e a convecção são processos de transferência que necessitam de um meio material para se propagar.
 Condução: É a situação em que o calor se propaga através de um condutor. Ou seja, apesar de não estar em contato direto com a fonte de calor um corpo pode se modificar sua energia térmica se houver condução de calor por outro corpo, ou por outra parte do mesmo corpo.
 Por exemplo, enquanto cozinha-se algo, se deixarmos uma colher encostada na panela, que está sobre o fogo, depois de um tempo ela esquentará também.
 Este fenômeno acontece, pois, ao aquecermos a panela, suas moléculas começam a agitar-se mais, como a panela está em contato com a colher, as moléculas em agitação maior provocam uma agitação nas moléculas da colher, causando aumento de sua energia térmica, logo, o aquecimento dela.
 Também é por este motivo que, apesar de apenas a parte inferior da panela estar diretamente em contato com fogo, sua parte superior também esquenta.
 Convecção: A convecção consiste no movimento dos fluidos, e é o princípio fundamental da compreensão do vento, por exemplo.
 O ar que está nas planícies é aquecido pelo sol e pelo solo, assim ficando mais leve e subindo. Então as massas de ar que estão nas montanhas, e que está mais frio que o das planícies, toma o lugar vago pelo ar aquecido, e a massa aquecida se desloca até os lugares mais altos, onde resfriam. Estes movimentos causam entre os outros fenômenos naturais, o vento.
 Formalmente, convecção é o fenômeno no qual o calor se propaga por meio de movimento de massas fluidas de densidades diferentes.
 Irradiação: É a propagação de energia térmica que não necessita de um meio material para acontecer, pois o calor se propaga através de ondas eletromagnéticas.
 Imagine um forno de micro-ondas. Este aparelho aquece os alimentos sem haver contato com eles, e ao contrário do forno à gás, não é necessário que ele aqueça o ar. Enquanto o alimento é aquecido há uma emissão de micro-ondas que fazem sua energia térmica aumentar, aumentando a temperatura.
 O corpo que emite a energia radiante é chamado emissor ou radiador, e o corpo que recebe o receptor.
Dilatação Térmica. 
 Dilatação térmica é a variação que ocorre no tamanho ou no volume de um corpo quando submetido a aquecimento térmico.
 Uma vez que os corpos são constituídos por átomos ligados entre si, a exposição ao calor faz com que eles se agitem, aumentem a distância entre si e inchem.
 Dependendo das dimensões dilatadas mais significativas dos corpos (comprimento, largura e profundidade), a dilatação é classificada em: linear, superficial, e volumétrica.
 A dilatação linear 	resulta do aumento de volume em apenas uma dimensão, em comprimento. É o que acontece, por exemplo, com um fio, em que o seu comprimento é mais relevante do que a sua espessura, diríamos até, irrelevante, em termos comparativos.
 Para calcular a dilatação linear utilizamos a seguinte fórmula ΔL= α.L0.ΔT.
 Onde:
 ΔL: É a variação do comprimento.
 a: Coeficiente de dilatação linear.
 L0: Comprimento inicial.
 ΔT: É a variação de temperatura.
 A dilatação superficial resulta do aumento de volume em duas dimensões, comprimento e largura. É o que acontece, por exemplo, com uma chapa de metal delgada.
 Para calcular a dilatação superficial utilizamos a seguinte fórmula ΔA= A0.β.ΔT.
 Onde:
 ΔA: É a variação da Área.
 A0: Área inicial.
 β: Coeficiente de dilatação superficial.
 ΔT: É a variação de temperatura.
 Importa destacar que beta é duas vezes maior que alfa (coeficiente de dilatação linear). A dilatação superficial se refere a duas dimensões, enquanto a linear, apenas uma.
 A dilatação volumétrica resulta do aumento de volume em comprimento, largura e profundidade, o que acontece, por exemplo, com uma barra de ouro.
 Para calcular a dilatação volumétrica utilizamos a seguinte fórmula: ΔV= V0.Y.ΔT.
 Onde:
 ΔV: É a variação do volume.
 V0: Volume inicial.
 Y: Coeficiente de dilatação volumétrica.
 ΔT: É a variação de temperatura.
 O coeficiente gama conforme apresentado é três vezes maior que o alfa (coeficiente de dilatação linear). A dilatação volumétrica se refere a três dimensões, enquanto a linear, de apenas uma.
Troca de Calor
A troca de calor acontece quando dois ou mais corpos com temperaturas diferentes são colocados em contato em um mesmo ambiente (sistema isolado) e, depois de certo tempo, alcançam o equilíbrio térmico.
O sistema isolado referido acima é mais conhecido como calorímetro. Um sistema fechado que impossibilita a troca de calor do sistema com o meio.
As trocas de calor acontecem porque o calor é um tipo de energia que transita entre os corpos, ocasionando esse movimento, fato que acontece até que haja o equilíbrio térmico entre ambos. Esse processo acontece porque os corpos sentem a necessidade de ceder e receber calor.
O princípio de trocas de calor possui mesmo módulo, porém apresenta sinais contrários, ou seja, o corpo que recebe calor é positivo e o corpo que cede (perde) calor é negativo.
A representação matemática para esse fato é:
QA = - QB
Ou:
QA + QB = 0
Onde:
QA= quantidade de calor recebida. 
QB= quantidade de calor perdido.
Para que o estudo de trocas de calor seja realizado com maior precisão, este é realizado dentro de um aparelho chamado calorímetro, que consiste em um recipiente fechado incapaz de trocar calor com o ambiente e com seu interior.
Dentro de um calorímetro, os corpos colocados trocam calor até atingir o equilíbrio térmico. Como os corpos não trocam calor com o calorímetro e nem com o meio em que se encontra, toda a energia térmica passa de umcorpo ao outro.
Como, ao absorver calor Q>0 e ao transmitir calor Q<0, a soma de todas as energias térmicas é nula, ou seja:
ΣQ=0
Capacidade Térmica.
É a quantidade de calor que um corpo necessita receber ou ceder para que sua temperatura varie uma unidade.
Então, pode-se expressar esta relação por:
Sua unidade usual é cal/°C.
 
A capacidade térmica de 1g de água é de 1cal/°C já que seu calor específico é 1cal/g.°C.
· Calor sensível.
Ele provoca apenas variação na temperatura do corpo, sem que aconteça mudança no seu estado de agregação, ou seja, se o corpo é sólido continua sólido e o mesmo acontece com os estados líquidos e gasosos. 
· Calor Latente.
Diferente do calor sensível, quando fornecemos energia térmica a uma substância, sua temperatura não varia, mas seu estado de agregação se modifica, esse é o chamado calor latente.
A seguir serão apresentados os relatórios de cada uma das praticas
	
 PROPAGAÇÃO DE CALOR
1. MATERIAL UTILIZADO
 — Conjunto demonstrativo para meios de propagação de calor.
 — Termômetro.
 — Papel alumínio.
2. PROCEDIMENTO PRÁTICO
 A professora ligou o conjunto demonstrativo na tomada, com isso, a hélice começou a girar, usando o termômetro ela media a temperatura, aproximando e distanciando o mesmo do meio de propagação, depois ela colocou um pedaço de papel alumínio de ambos os lados e pediu para os alunos explicarem o porquê de um ser diferente do outro. 
1) Explique porque ocorreu o movimento das hélices na pratica de convecção:
A convecção térmica é a transferência de calor que ocorre nos fluidos, gases e líquidos. A propagação ocorre devido à diferença das densidades da matéria. No experimento acima, ocorre o movimento da hélice, pois ao ligar a lâmpada, há um aquecimento na parte de baixo da hélice, o ar frio que é o mais denso, desce e o ar quente do ambiente, que é menos denso que o ar frio, sobre para ser resfriado. Formando assim os ciclos de convecção.
2) Explique porque o anteparo precisa ser isolado nas laterais, nos fundos e aberto em cima? Porque a velocidade da hélice diminuiu quando o papel foi colocado cobrindo temporariamente a parte de cima do anteparo? 
3) Explique o fenômeno de radiação térmica e a importância do fator forma na radiação:
A irradiação térmica ocorre através do deslocamento de ondas eletromagnéticas, que não necessitam de um meio para se propagarem, elas se propagam na presença ou ausência de um meio. Quando um corpo está irradiando calor, um dos fatores que interferem no fluxo de calor é a grandeza chamada fator forma (a forma geométrica da fonte que tá emitindo calor) que na prática foi a lâmpada, que transmite radiação de uma forma mais efetiva. Foi visto que a irradiação depende da distância em que a fonte está do meio que está havendo a troca do calor e independe do meio que ela esteja. Então se conclui que quanto mais próxima da fonte, maior a variação de temperatura. A radiação térmica ao incidir em um corpo tem uma parte absorvida e outra refletida pelo corpo. Corpos escuros absorvem a maior parte da radiação que incide sobre eles, enquanto os corpos claros refletem quase totalmente a radiação térmica incidente. É por isso que quando lado escuro do papel alumínio quando colocado perto da fonte, tem sua temperatura sensivelmente elevada, ao contrário da parte laminada, que absorve pouco calor.
DILATAÇÃO E CONDUÇÃO DE CALOR
1. INTRODUÇÃO 
 Quando a temperatura de um corpo aumenta, suas dimensões aumentam e o fenômeno é denominado de dilatação térmica, ocorrendo a contração térmica quando a sua temperatura diminui.
2. OBJETIVO 
1.1. Calcular o valor do coeficiente de dilatação linear ;
1.2. Determinar o Material.
1.3. Calcular o fluxo de calor por condução;
3.TEORIA 
4. MATERIAL UTILIZADO
 — Dilatômetro.
.
5.PROCEDIMENTO PRÁTICO
 Foi medido o comprimento inicial e final do dilatômetro linear verificando-se a temperatura inicial e zerando. Logo após, ligou-se o gerador de vapor e observou-se a temperatura até ficar a partir de 50ºc e o vapor começar a aparecer até chegar ao final do dilatômetro linear, com a temperatura ficando em equilíbrio térmico e então verificando o quanto foi dilatado no tubo.
6. METODOLOGIA
 Em função da necessidade de se calcular o fluxo de calor através da barra metálica, e de não saber qual material a mesma é feita, foram utilizados os valores obtidos durante a prática, com objetivo de calcular o coeficiente de dilatação linear da barra, e assim através do auxílio da tabela do coeficiente de dilatação, concluiu-se o material do qual a barra é feita, e após essa conclusão, foi-se a outra tabela de condutividade térmica, e assim, sendo possível o cálculo do fluxo de calor, através da fórmula abaixo. 
q = 	- k x A x ΔT 
		L
7. DADOS
	Materiais
	Condutividade Térmica (w/mK)
	Coeficiente de dilatação (a) °C-1
	Cobre
	398
	1,7 X 10-5 = 0,00017
	Aço inox
	14
	1,1 X 10-5 = 0,00011
	Latão
	109
	2,0 X 10-5 = 0,00020
8. CÁLCULOS
 8.1. Coeficiente de Dilatação Linear
α = 	ΔL / Lo + ΔT
Onde:
α = coeficiente de dilatação térmica 
L0 = comprimento
ΔT = variação de temperatura (Tf - To)
ΔL = dilatação térmica.
Comprimento:
Lo = 11 mm
Lf = 494 mm
L = Lf - Lo
L = 494 mm – 11 mm
L = 483 mm
Variação de Temperatura:
To = 99°C
Tf = 24 °C 
ΔT = Tf - To
ΔT = 24 °C - 99°C
ΔT = - 75°C
Dilatação Térmica:
ΔL = 0,46 mm
	6.1.1 CÁLCULO 
α = ΔL /Lo + ΔT
α = 0,46 mm______ 
 483 mm x 75 °c
α = 1,2 X 10 -5 °C-1
Sendo assim, concluiu-se que o material utilizado foi o aço inox, já que o coeficiente de dilatação do aço inox é 1,1 e o encontrado foi 1,2.
 6.2. FLUXO DE CALOR 
q = 	- k x A x ΔT 
		L
Onde: 
q = fluxo de calor
K = coeficiente de condutividade térmica
A = área (cm²)
ΔT = variação de temperatura
L = comprimento (cm)
A = πR²
A = 3,141592653589793 X (0,5 X 10 -2)² /4
A = 0,000019625
6.1.2 CÁLCULO
q = -14 X 0,000019634954085 X 75
			0,483
q = 0,4266304348
 
7. CONCLUSÃO
 Em termos físicos, dizemos que a temperatura de um corpo (ou objeto) é uma medida da agitação dos átomos e moléculas que constituem. Sendo assim, pode-se dizer que quanto maior for a temperatura de um corpo, maior será agitação dos seus átomos ou moléculas. O aumento da temperatura de um corpo não provoca somente o aumento da agitação de átomos e moléculas, mas provoca também outros efeitos no corpo.
 Dessa forma, todos os corpos que estão na natureza são passíveis de sofrer algum efeito por conta do aumento de sua temperatura. Em alguns corpos esses efeitos podem ser visíveis, já em outros, não. Quando há aumento de temperatura de um objeto ele sofre também aumento em suas dimensões, portanto, os objetos dilatam-se.
 Sendo assim, de acordo com o estudo do fenômeno de dilatação térmica, concluiu-se que a prática teve êxito, e o material da barra metálica utilizada foi o aço inox, porém, o material poderá ser distinto (cobre, aço inox), com isso, automaticamente o calor que será conduzido não será o mesmo, pois sofrerá efeitos diferentes devido à variação em suas dimensões dilatadas que serão encontradas conforme o aumento da temperatura.
 
TROCA DE CALOR
1. OBJETIVO 
Calcular o calor latente de fusão do gelo.
2. MATERIAL UTILIZADO
 — Água.
 — Gelo.
 — Recipiente de alumínio.
 — Isopor.
 — Termômetro.
 — Cronômetro.
3. PROCEDIMENTO PRÁTICO
 Primeiro pesou-se a massa da água, do gelo e do recipiente de alumínio. Logo após foi medida a temperatura inicial dos mesmos. A professora também deu os valores de calor específicos dos mesmos, e a temperatura de fusão do gelo. Prosseguindo a prática, foi colocada a água no isopor em que ali estava o gelo e de 30 em 30s foi observada a temperatura do gelo e da água em dois termômetros distintos até atingirem o equilíbrio térmico.
4. METODOLOGIA
 Após observar a prática de troca de calor entre uma determinada massa de gelo em temperatura baixa,e uma determinada massa de água em temperatura alta, até os dois chegarem na temperatura de equilíbrio térmico. Foi possível obter dados para auxiliarem no cálculo do valor prático do calor latente de fusão da agua. 
 Com as temperaturas inicial, final, e a temperatura de equilíbrio térmico, consegue-se calcular o valor de Lf (valor prático do calor latente de fusão do agua) através da fórmula (Mgelo X Cgelo X ΔT1) + (Mgelo X Lf) + (Mgelo X Cágua X ΔT2) + (Mágua X Cágua X ΔT3) + (MAl X CAl X ΔT4) = 0. Feito esse cálculo,, no final, calcula-se a margem de erro prático, comparando o com o valor teórico, para verificar se houve uma boa prática ou não.
5. DADOS
	
	Massa (m)
	Temperatura Inicial (to)
	Calor específico (c)
	Água
	503g
	55°C
	1cal/g °C
	Gelo
	207g
	-4°C
	0,5cal/g °C
	Recipiente de Alumínio 
	28g
	-4°C
	0,22cal/g °C
	
	
	
	
 Temperatura de fusão do gelo= 0°C
 Temperatura de Equilíbrio térmico do gelo= 14°C
6. CÁLCULOS
ΔT1 = Tfusão – (To)gelo
ΔT1 = 0 – (-4)
ΔT1 = 4
ΔT2 = Teq - Tfusão
ΔT2 = 14 – 0 
ΔT2 = 14	
ΔT3 = Teq – (To)água
ΔT3 = 14 – 55
ΔT3 = -41
ΔT4 = Teq – (To)gelo
ΔT4 = 14 – (-4)
ΔT4 = 18
(Mgelo X Cgelo X ΔT1) + (Mgelo X Lf) + (Mgelo X Cágua X ΔT2) + (Mágua X Cágua X ΔT3) + (MAl X CAl X ΔT4) = 0
(207 X 0,5 X 4) + (207 X Lagua) + (207 X 1 X 16) + (472 X 1 X -34) + (29 X 0,22 X 24) = 0 
-207Lf= 414 + 2898 + (-20623) + 110,89 
-207Lf= -17200,12 (-1)
Lf= 17200,12/207
Lf= 83,09231884
7. CONCLUSÃO
 Conforme realizado a pratica, foi o observado que o gelo e a água, que possuem temperaturas diferentes, foram colocados em um mesmo recipiente, realizando a troca de calor entre eles. Esse processo ocorreu porque o calor é um tipo de energia que transita entre os corpos, gerando consequentemente um movimento para que se tenha um equilíbrio térmico entre eles. Esse movimento acontece porque os corpos sentem a necessidade de ceder e receber calor. De acordo com o objetivo foi calculado o valor prático do calor latente de fusão da agua, obtendo-se LPrático = 83,09231884, feito isso, foi comparado ao valor teórico LTeórico = 80, e assim, calculou-se o erro com a fórmula Ep= Lfteórico-LPpráticox100/Lfteórico. Apresentando um resultado (erro) considerável, de apenas 3,8%, identificando uma boa prática realizada. 
Eρ=(80-83,09231884)x100=3,8% 
 80