Universidade do Estado do Rio de Janeiro – Laboratório de Física Experimental II

CALOR ESPECÍFICO

Introdução:

Equivalente em água do calorímetro

Equivalente em água de um corpo é a massa de água que, trocando a mesma

quantidade de calor que esse corpo, sofre a mesma variação de temperatura.

Sendo o calor especifico da água, 1 cal/g°C decorre que o equivalente em água de um

corpo é numericamente igual à sua capacidade térmica.

Se um corpo tem capacidade térmica igual a 30 cal/°C , o seu equivalente em água é

30g. Isso significa que o corpo, em questão, ou os 30g de água, ao receberem a mesma

quantidade de calor, sofrem a mesma variação de temperatura.

O instrumento que serve para medir a quantidade de calor é o calorímetro. Este é

constituído por um recipiente onde se coloca água; possui uma tampa que permite fechá-lo

perfeitamente; está isolado termicamente, o melhor possível, do ambiente exterior. Um

termômetro, que fica sempre imerso, assinala a temperatura da água contida no calorímetro.

O ideal seria que o aparelho não trocasse calor, de modo algum com o ambiente. Na

prática, porém, o isolamento do recipiente que contém a água apenas reduz a um mínimo a

troca de calor. Quando se emerge um corpo quente na água do calorímetro, ele aquece tanto a

água quanto o recipiente, a parte imersa do termômetro e a camada de material isolante

térmico em contato com o recipiente. Nota-se, assim, que nem todo o calor é utilizado para

aquecimento da água. Costuma-se imaginar, então, que tudo se passa como se houvesse um

pouco mais de água do que a realmente contida dentro do calorímetro. É possível, desse

modo, determinar uma quantidade de água ideal, equivalente àquela parte do calorímetro que

é aquecida. Para medir essa quantidade de calor cedida ao calorímetro, e então determinar seu

equivalente em água, o processo é simples: junta-se ao aparelho uma quantidade conhecida de

calor, vertendo-se, por exemplo, uma determinada massa de água a certa temperatura. Dessa

maneira, é fácil calcular de que quantidade deverá aumentar essa temperatura. O aumento

real, entretanto, será menor, pois o calor dissipa-se nas paredes do recipiente, do termômetro,

da camada de material isolante, etc.

Para conseguir boas medidas, é necessário homogeneizar a temperatura da água do

calorímetro, antes de ler o termômetro. Usa-se um agitador, uma pequena haste de vidro ou

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metal colocado dentro do calorímetro e cujo equivalente em água é avaliado juntamente com

os do termômetro e do recipiente.

Calor específico

  Quando há troca de calor entre dois ou mais corpos ocorre  variação de temperatura

de ambos (salvo o caso de um deles ser muito maior ou considerado como fonte de calor).

Este calor trocado pode ser expresso (em uma primeira aproximação e no caso de só haver

variação de temperatura) como:

 

                        Q = mcΔT

                        m = massa do corpo

                        c  = calor específico do material

                        ΔT = variação de temperatura

 

            A questão maior para se determinar o calor específico de um material é ter o

controle da quantidade de calor trocada entre os diferentes corpos quando se realiza

experimentos. Evidentemente que aproximações devem ser feitas, e é assim, por mais críticas

que possam ser feitas, que a ciência caminha.

            Conforme já citado acima, o calorímetro é um equipamento utilizado para

isolar termicamente (não permitir troca de calor com o meio ambiente) uma substância a qual

desejamos estudar. Ao fornecermos calor a uma substância dentro do calorímetro, ambos

absorvem calor e embora este último não seja aquecido (não tenha igual variação de

temperatura) como a substância em estudo, damos um tratamento semelhante.

 

                        Qf = Qs + Qc

                        Qf = Calor fornecido

                        Qs  = Calor absorvido pela substância = mcΔT

                        Qc = Calor absorvido pelo calorímetro = CΔT

 

            Objetivo:

Determinar experimentalmente o calor específico de uma substância utilizando um

calorímetro.

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Materiais Utilizados:

01 Calorímetro;

01 Termômetro;

01 Bécher;

01 Tripé;

01 Tela de Amianto;

01 Bico de Bunsen;

01 Fósforo;

01 Corpo de Prova;

01 Balança;

01 Proveta;

01 Linha;

Água.

Procedimentos

1ª parte – determinação do calor específico dos materiais (latão e ferro)

A fim de se calcular o calor específico dos materiais (latão e ferro), cuja massa era de

91,8g e 122,5g respectivamente, o materiaias foram deixados imerso em água a uma

temperatura de 100ºC, devido ao fato de que ambos entram em equilíbrio térmico. Para que

não houvesse perda de calor, a substância em teste foi colocada rapidamente no calorímetro,

juntamente com 250 g de água a uma temperatura de 100ºC.  registrando, após alguns

minutos, a temperatura de equilíbrio do sistema. Agitou-se a água e após alguns minutos,

quando o sistema já se encontrava em equilíbrio térmico, mediu-se a temperatura final. Segue

dados referentes aos materiais colhidos no laboratório:

Dados colhidos:

LATÃO FERRO

M água 250g 250g

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M corpo 91,8g 122,5g

To água 25,5 ºC 24,5 ºC

To corpo 100 ºC 100 ºC

T equilíbrio 27 ºC 28,6 ºC

Resultados:

1ª parte – determinação do calor específico do latão

Utilizando a massa equivalente em água do calorímetro calculada, obteve-se o calor

específico do latão, conforme prescrito abaixo:

Qágua + Qcorpo = 0

m.c.ΔT (água) = - mcΔT (corpo)

250 . 1 . (27 - 25,5) = 91,8 . c . (27 – 100)

c latão = 0,056 cal/(g.ºC)

2ª parte – determinação do calor específico do ferro

Utilizando a massa equivalente em água do calorímetro calculada, obteve-se o calor

específico do ferro, conforme prescrito abaixo:

Qágua + Qcorpo = 0

m.c.ΔT (água) = - mcΔT (corpo)

250 . 1 . (28,6 - 24,5) = 122,5 . c . (28,6 – 100)

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c ferro = 0,117 cal/(g.ºC)

Conclusão:

O calor específico calculado do latão (c = 0,056 ° C−1), com dados obtidos na aula

experimental, não se aproximou do valor encontrado na literatura, cujo valor é c = 0,092 °C−1.

A discrepância dos valores teórico e experimental ocorreu devido à imprecisão dos aparelhos

utilizados, à perda de calor do bastão de latão, o que influencia na variação de temperatura e

consequentemente no calor específico do bastão de latão.

Já na segunda parte da experiência, o calor específico calculado do ferro (c = 0,117

° C−1), com dados obtidos na aula experimental, se aproximou do valor encontrado na

literatura, cujo valor é c = 0,119° C−1. Neste caso quase não houve discrepância nos

resultados.