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7/23/2019 alorimetro
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Calorímetro
Maceió – AL
2015
UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS
INSTITUTO DE FÍSICA
ROTEIROS EXPERIMENTAIS
LABORATÓRIO DE FÍSICA 2
7/23/2019 alorimetro
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1. Objetivo
Determinação da capacidade térmica de um calorímetro e dos calores específicos
de alguns metais.
2. Materiais utilizados
Uma fonte de tensão contínua de 12,0V/1,5 A;
Um amperímetro;
Um voltímetro;
Cabos para conexão;
100 g de água; Um calorímetro de capacidade térmica desconhecida;
Dois corpos metálicos cilíndricos;
Dois termômetros digitais;
Dois béqueres de 1000 ml;
Um ebulidor elétrico / lamparina a álcool.
3. Introdução
O conceito de temperatura e calor comumente está relacionado com as percepções
sensoriais de “quente” e “frio”, contudo que ambos possuem significados físicos
plenamente diferentes.
Para compreender o conceito de temperatura, podemos recorrer à lei zero da
termodinâmica em que:
“Se dois corpos A e B , estiverem em equilíbrio térmico separadamente com umterceiro corpo C então, A e B estarão em equilíbrio térmico entre si”.
Tal equilíbrio térmico é interpretado como que os três corpos estão à mesma
temperatura. É importante ressaltar que a temperatura está relacionada com a energia
cinética das moléculas de um material. Assim podemos relacionar o equilíbrio térmico
entre dois ou mais corpos como sendo o equilíbrio das energias cinéticas entre os
corpos. Isso devido a transferência de energia das moléculas de um corpo para outro
ocorrendo através das colisões entre as moléculas do corpo de maior temperatura comas do corpo de menor temperatura.
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Denominamos essa transferência de energia como calor. A definição de calor
pode ser , então, enunciada como seguinte:
“Calor é a energia transferida de um sistema para outro devido a uma diferença
de temperatura”
Com base nesses conceitos, verificou-se que cada substância apesentava
características próprias quanto à capacidade de receber ou transferir calor. Percebeu-se
que para um corpo de mesma substância, como por exemplo a água, a quantidade de
energia (calor) necessária para aquecê-lo, era proporcional à sua massa.
∝ [1] Essa energia recebeu então a denominação de caloria (cal). Contudo, existe
também uma relação direta entre a quantidade de calor cedido ou recebido por um corpo
e a sua variação de temperatura, ou seja:
∝ ∆ [2]Pode-se então concluir que:
∝ ∙ ∆ [3] Para que essa relação seja válida para qualquer valor de massa, deve existir uma
constante c tal que a razão entre energia fornecida e o produto da massa do corpo pela
variação de temperatura seja contínua. Daí:
= ∙∆
[4]
A constante c é denominada calor específico. O calor específico representa então
a quantidade de energia por unidade de massa para provocar a variação de um grau na
temperatura do corpo. O calor específico é, portanto, uma propriedade intrínseca da
matéria que constitui o corpo.
Assim, se um corpo sofre uma variação de temperatura ∆T = T f – Ti , a energia
necessária seria:
= ∙ ∙ ∆ [5] Na expressão acima, o produto c∙m indica uma propriedade referente ao que se
chama de capacidade térmica.
ATENÇÃO: o termo “capacidade térmica ” sugere que um corpo possua uma
quantidade limitada de receber ou ceder calor o que não é verdade. O referido termo
indica quanta energia um corpo necessita receber, ou perder para que sua temperatura
varie de um grau.
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4. Determinação da capacidade térmica de um calorímetro
A energia dissipada por aquecedor elétrico em um intervalo de tempo é:
∆ = 2∆ [6]
Onde R é a resistência ôhmica do aquecedor e i a corrente elétrica. Substituindoessa relação na expressão [5] teremos:
2∆ = ∙ ∙ ∆ [7]Sendo ∆T = Tf - Ti
2∆ = ∙ ∙ ( − ) [8]
− =
∆ [9]
= +
∆ [10]
Sabendo que o termo c∙m = C, substituindo temos:
= +
∆ [11]
Onde: Ti é a temperatura inicial e Cs é a capacidade térmica do sistema
(Calorímetro + água).
5. Procedimentos experimentais
1. Meça 100g de água à temperatura ambiente em uma proveta ou béquer e em
seguida coloque no calorímetro1.
2. Tampe o calorímetro e introduza o termômetro. Agite um pouco o sistema
(calorímetro + água) e aguarde a temperatura estabilizar. Anote na tabela 1 o valor da
temperatura inicial.
3. Conecte a fonte de tensão aos bornes do calorímetro deixando-o em série com um
amperímetro assim como está indicado no esquema da figura 1.
1 Coletar água fria de um bebedouro; para medir a massa de água, coloque o calorímetrodiretamente sobre a balança e tare-a; acrescente a agua até obter os 100 g.
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Figura 1 - Esquema de conexão da fonte de alimentação ao calorímetro.
Fonte: <http://www.fisica.ufmg.br/~labexp/roteirosPDF/Determinacao_da_Capacidade_Termica_de_um_C
alorimetro.pdf>
4. Conecte um voltímetro em paralelo com a fonte a fim de verificar a tensão
aplicada.
5. Realizada as conexões, ligue a fonte e simultaneamente inicie a cronometragem
do tempo de aquecimento.
6. Anote na tabela 1 (em anexo) o tempo decorrido para cada variação de um grau.
Efetue cerca de 20 medidas de tempo e temperatura.
7.
Construa um gráfico T(ºC) x t(s) e encontre o coeficiente angular.
Ao construir ográfico, aconselha-se desprezar o primeiro ponto.
8. Usando a expressão [11] determine o valor da capacidade térmica do sistema (C s -
calorímetro + água), e em seguida encontre a capacidade térmica do calorímetro.
Lembre-se que 1 cal = 4,186 J.
6. Determinação do calor específico de um corpo metálico.
6.1. Procedimentos experimentais
1. Meça 100g de água à temperatura ambiente em uma proveta ou béquer e em
seguida coloque no calorímetro2.
2
Coletar água fria de um bebedouro; para medir a massa de água, coloque o calorímetrodiretamente sobre a balança e tare-a; acrescente a agua até obter os 100 g.
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2. Tampe o calorímetro e introduza o termômetro. Agite um pouco o sistema
(calorímetro + água) e aguarde a temperatura estabilizar. Anote na tabela 2 (em anexo)
o valor da temperatura inicial.
3. Meça a massa do corpo metálico (mcorpo) e anote na tabela 1.
4. Coloque o corpo metálico dentro de um béquer e encha-o com água. Com um
ebulidor, aqueça o sistema até o ponto de ebulição da água. Aguarde alguns minutos
para que o corpo metálico entre em equilíbrio térmico com a água (cerca de 10
minutos). Após esse tempo, verifique a temperatura do sistema (T0 corpo) e anote na
tabela 2.
5. Rapidamente retire o corpo metálico do béquer de agua quente e coloque-o no
calorímetro tampando-o bem. Aguarde até que a temperatura atinja o equilíbrio3 (Teq).
6. De acordo com a teoria da conservação da energia, em um sistema conservativo a
quantidade de calor cedido por um corpo deve ser igual à quantidade de calor absorvida
por outro. Assim, determine o calor específico do corpo metálico. Consulte a tabela de
calores específicos e determine o erro percentual de sua medida.
7. Produza um relatório descrevendo a prática experimental realizada expondo os
dados e a análise dos resultados obtidos respondendo às seguintes questões: I - Os
resultados obtidos estão de acordo com os encontrados da literatura? II - Porque, no
procedimento para determinação da capacidade térmica aconselhou-se que na
construção do gráfico T(ºC) x t(s) o primeiro ponto fosse desprezado?
3 Ao perceber que a temperatura não varia mais, agite um pouco o sistema e aguarde ao equilíbrio
térmico. Não havendo mais mudanças na temperatura anote o valor indicado.
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7. Anexo
Tabela 1: Determinação docalor específico de um corpo metálico.
Tabela 2: Valores de temperatura em função do tempo.
Tabela 3: Calores específicos para vários materiais.
8. Referências
Halliday, Resnick, Jearl Walker, fundamentos de física – gravitação, ondas etermodinâmica. Vol. 2, Rio de Janeiro, LTC, 2009.
Sears e Zamansky, física II- termodinâmica e ondas, 10ª ed. São Paulo, Pearson – Addisson Wesley, 2003.
# Temp. (ºC) Tempo (min)1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
m agua (g) m corpo (g) T0 sistema (ºC) T0 corpo (ºC) Teq. (ºC) c (cal/g∙ºC)
Substância Calor Específico (cal/g.°C)
água 1,0
álcool 0,58
alumínio 0,22
ar 0,24
cobre 0,094
ferro 0,11
gelo 0,5
latão 0,092
vidro 0,16
zinco 0,093
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