Experimento - Equivalente Calorimetria - FISD41

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INTRODUÇÃO 
A temperatura é uma das grandezas fundamentais da física. Usualmente medido 
a sua temperatura na escala Kelvin, cuja unidade é o Kelvin (k), que serve de parâmetro 
para medição da menor temperatura possível, conhecido como 0 absoluto. A 
temperatura e trocas de calor que acontecem entre corpos são fenômenos muito 
estudados, visto que essa mudança de temperatura e trocas de energia que acontecem 
são muito importantes para entender a mudança de comportamento e parâmetros 
físicos como dilatação, compressão entre outros. 
 
Figura 1 - Troca de calor entre corpos 
 
 
Figura 2 - Trilho partido após dilatação 
Dito isso, alguns fatores devem ser mencionados, tais como capacidade térmica. 
A capacidade térmica C se refere à constante de proporcionalidade entre um calor 
recebido ou cedido por um objeto e a variação de temperatura do objeto, tal que: 
𝑸 = 𝑪∆𝒕 = 𝑪(𝑻𝒇 − 𝑻𝒊) 
 
 
Figura 3 - Cada corpo tem capacidade térmica distinta 
Dentro desse contexto, temos o calor específico. Um fator de grande importância 
para as trocas de calor e quanto calor será trocado entre os corpos, é o calor específico 
de cada substância, que nada mais é que a quantidade de calor necessário para que cada 
grama de determinado corpo sofra uma mudança de temperatura em 1 grau Centígrado. 
Essa característica é distinta para cada substância e indica como o mesmo se comportará 
frente a uma energia em forma de calor que venha a interagir com sua superfície 
específica. Dessa forma alguns parâmetros como, pressão também influenciarão, visto 
que essa mudança tem a ver com troca de moléculas. A fórmula do calor específico é 
dada por: 
𝑸 = ∆𝑻 = 𝒄 ∗ 𝒎(𝑻𝒇 − 𝑻𝒊) 
 
Figura 4 - Alguns valores de calor específico 
 
Desta forma, neste experimento, vamos colocar em prática esses conceitos de 
troca, vendo na prática as trocas de calor entre termômetro e objetos ao redor, para 
desta forma tentar, através de equações pertinentes, mensurar esses fenômenos, os 
exibindo através de gráficos condizentes e representativos, de melhor ajuste. 
 
RESUMO 
Nesse relatório, determinamos, com base na análise do vídeo do experimento 
Equivalente do Calor e da Energia, o valor do equivalente do calor e energia (A), o calor 
específico do alumínio e os seus respectivos valores com a correção do erro sistemático. 
Os resultados encontrados para A foram satisfatórios, já o calor específico apresentou 
discrepância alta. 
 
OBJETIVOS 
O objetivo deste experimento é determinar a equivalência entre caloria e Joule e 
medir o calor específico do Alumínio através da troca de calor entre a água e a barra de 
Alumínio, utilizando um aquecedor e uma caixa de isopor para isolar o meio. 
 
 
 
t(s) T(°C) t(s) T(°C) 
0 25,4 1680 74,5 
60 25,5 1740 75 
120 25,8 1800 75,5 
180 26,6 1860 75,8 
240 27,7 1920 76,1 
300 28,8 1980 76,3 
360 30,2 2040 76,4 
420 31,8 2100 76,6 
480 33,5 2160 76,7 
540 35,3 2220 76,8 
600 37,2 2280 76,9 
660 39,3 2640 72,9 
720 41,3 2700 62,6 
780 43,5 2760 63,7 
840 45,6 2820 64,9 
900 47,9 2880 65,9 
960 50,1 2940 66,6 
1020 52,4 3000 67,1 
1080 54,6 3060 67,5 
1140 56,9 3120 67,8 
1200 59,2 3180 68,1 
1260 61,6 3240 68,3 
1320 63,7 3300 68,5 
1380 66,2 3360 68,7 
1440 68,5 3420 68,8 
1464,6 70 3480 68,9 
1500 70,7 3540 69 
1560 72,6 3600 69,1 
1620 73,7 3660 69,2 
 
 
 
 
 
Mcaixa (g) = 0,455 Potência (W) = 628 T i, barra (°C) = 25,5 
Mágua (g) = 4000 Ti, água (°C) = 25,4 Tf, água + barra (°C) = 69,2 
Mbarra (g) = 1809 Tf, água (°C) = 76,9 
TRATAMENTO DE DADOS 
 
Questão 1 
 
Gráfico Temperatura x Tempo 
Com base nos dados, têm-se que o tempo em que o aquecedor ficou ligado foi de 
1464,6 segundos chegando à temperatura de 70°C. O calorímetro entrou em equilíbrio 
ao chegar na temperatura de 76,9°C isso foi constatado ao permanecer na mesma 
temperatura por 300 segundos, após esse tempo foi inserido a barra de alumínio, 2640 
segundos depois do inicio do experimento, assim que a barra é inserida a temperatura 
cai para 72,9°C. O sistema entra novamente em equilíbrio ao chegar na temperatura de 
69,2°C. 
 
 
Questão 2 
Sejam 𝑊𝑓𝑜𝑟𝑛𝑒𝑐𝑖𝑑𝑎 = 𝑃 ∙ t a energia fornecida pelo aquecedor e 𝑄𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑎 = 𝑚 
∙ cá𝑔𝑢𝑎∆T o calor absorvido pela água. Utilizando a expressão: 
 1𝑐𝑎𝑙 = 𝐴𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒 → 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟[𝑐𝑎𝑙] = 
1
𝐴
 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟[𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒], podemos determinar o valor de A pela 
relação: 
𝑊𝑓𝑜𝑟𝑛𝑒𝑐𝑖𝑑𝑎 = 𝑄𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑎 
𝑃 ∙ 𝑡[𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒] = 𝑚 ∙ 𝑐á𝑔𝑢𝑎∆𝑇[𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒] = 𝐴 ∙ 𝑚 ∙ 𝑐á𝑔𝑢𝑎∆𝑇[𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑎] 
∆Tágua = 76,9 - 25,4 = 51,5 °C 
 
𝑊𝑓𝑜𝑟𝑛𝑒𝑐𝑖𝑑𝑎 = 628 ∙ 1464,6 = 919768,8 J 
𝑄𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑎 = 4000 ∙ 1 ∙ 51,5 = 206000 cal 
Igualando: 919768,8 J = A ∙ 206000 
A = 4,46 
Comparando com o valor teórico A = 4,19 
∆ = |
4,46−4,19
4,19
| ∙ 100%= 6,4% 
É possível concluir que o resultado obtido é satisfatório por sua discrepância ser 
de 6,4% inferior ao intervalo aceitável de 10 %. 
 
Questão 3 
Para determinar o calor específico do alumínio, basta igualar, em módulo, o calor 
recebido pela barra com o calor cedido pela água. 
𝑄𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑜 = 𝑚𝐴𝑙 ∙ 𝑐𝐴𝑙(𝑇𝑓,𝐴𝑙+á𝑔𝑢𝑎 − 𝑇𝑖,𝐴𝑙) = 1809 ∙ 𝑐𝐴𝑙 ∙ (69,2 – 25,5) = 79053,3𝑐𝐴𝑙 
𝑄𝑓𝑜𝑟𝑛𝑒𝑐𝑖𝑑𝑜 = 𝑚á𝑔𝑢𝑎 ∙ 𝑐á𝑔𝑢𝑎(𝑇𝑓,𝐴𝑙+á𝑔𝑢𝑎 − 𝑇𝑓,á𝑔𝑢𝑎) = 4000 ∙ 1 ∙ (69,2 – 76,9) = - 
30800 
79053,3𝑐𝐴𝑙 = |−30800| 
Então: 𝑐𝐴𝑙 = 0,39 
𝑐𝑎𝑙
𝑔°𝑐
 
Comparando com o valor teórico 𝑐𝐴𝑙 = 0,22 
∆ = |
0,39−0,22
0,22
| ∙ 100%= 77% 
Essa discrepância se deve a vários erros experimentais como, por exemplo, a 
abertura do calorímetro, erro ao colher a temperatura final da água juntamente com a 
barra de alumínio e o fato de não acrescentar a caixa de alumínio nos cálculos. 
 
Questão 4 
Considerando a influência da caixa de alumínio nas trocas térmicas dentro do 
calorímetro, têm-se: 
 
𝑄𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑜 = 𝑚á𝑔𝑢𝑎 ∙ 𝑐á𝑔𝑢𝑎(𝑇𝑓,á𝑔𝑢𝑎 − 𝑇𝑖,á𝑔𝑢𝑎) + 𝑚𝑐𝑎𝑖𝑥𝑎 ∙ 𝑐𝐴𝑙(𝑇𝑓,á𝑔𝑢𝑎 − 𝑇𝑖,á𝑔𝑢𝑎) 
= 
(4000 ∙ 1 ∙ 51,5) + (455 ∙ 0,22 ∙ 51,5) = 211155,15 
Igualando: 
𝑊𝑓𝑜𝑟𝑛𝑒𝑐𝑖𝑑𝑎 = 𝑄𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑜 
919768,8 = A 211155,15 
A = 4,36 J 
Comparando com o valor teórico A = 4,19 
∆ = |
4,36−4,19
4,19
| ∙ 100%= 4,1% 
 
No caso do calor específico do alumínio devemos considerar que o calor cedido à 
barra é: 
𝑄𝑓𝑜𝑟𝑛𝑒𝑐𝑖𝑑𝑜 = 𝑚á𝑔𝑢𝑎 ∙ 𝑐á𝑔𝑢𝑎(𝑇𝑓,𝐴𝑙+á𝑔𝑢𝑎 − 𝑇𝑓,á𝑔𝑢𝑎) + 𝑚𝑐𝑎𝑖𝑥𝑎 ∙ 𝑐𝐴𝑙(𝑇𝑓,𝐴𝑙+á𝑔𝑢𝑎 
−𝑇𝑓,á𝑔𝑢𝑎) 
(4000 ∙ 1 ∙ (– 7,7)) + (455 ∙ 0,22 ∙ (- 7,7)) = - 31570,77 
Igualando a 𝑄𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑜, temos: 
79053,3𝑐𝐴𝑙 = |−32726,925| = 0,41 
𝑐𝑎𝑙
𝑔°𝑐
 
Comparando com o valor teórico 𝑐𝐴𝑙 = 0,22 
∆ = |
0,41−0,22
0,22
| ∙ 100%= 86%