Diretoria de Ciências Exatas

Laboratório de Física

Roteiro 04

Física Geral e Experimental III 2015/1

Capacidade Térmica de um Calorímetro

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UNINOVE – FGE III – Roteiro 4 – Capacidade térmica de um calorímetro – 2015 - 1

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

cm

.

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)

Água 4,184

Álcool Etílico 2,40

Alumínio 0,900

Bismuto 0,123

Chumbo 0,128

Cobre 0,386

Gelo (-10ºC) 2,05

Latão 0,385

Mercúrio 0,140

Ouro 0,126

Prata 0,233

Tungstênio 0,134

Vidro 0,840

Zinco 0,387

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);

mC

= (______± ______)____

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 Cm 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 imediatamente a água aquecida dentro do calorímetro e fechá-

lo;

5.7. Medir a massa m2 = (calorímetro + água + água aquecida). Determinar

a massa de água aquecida acrescentada ao sistema ( );

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 OQ )

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 ,

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 Om

2H Oc 4,184

Ti =

TF= Água Quente am 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)

QH

2O(água) =

Qa(água quente ) =

QC(calorímetro) =

7. Qual é a capacidade térmica do calorímetro, acompanhada de sua incerteza?

Conclusão: (comentários e avaliação dos resultados obtidos)