Capacidade Térmica e Calor Específico

Capacidade Térmica e Calor Específico

1Gabriel Fonseca Silva, 1Giovana Gabrielle Silva Candian, 1Igor Denis de Oliveira, 1Isabela Goveia Faria, 1Maria Clara Rodrigues.

Departamento de Física, Universidade Federal de Lavras, C.P. 3037, 37200–000, Lavras, MG, Brasil.

¹Turma 30G do curso de ABI - Engenharia, Universidade Federal de Lavras, C.P. 3037, 37200–000, Lavras, MG, Brasil.

21 de novembro de 2017

Resumo: Este relatório visa explanar sobre o experimento que estuda a capacidade térmica e o calor específico de objetos constituídos por diferentes sólido. As análises foram resolvidas com a ajuda de instrumentos específicos como o calorímetro. A partir dos resultados obtidos foi possível comparar os valores dos calores específicos encontrados experimentalmente com os valores encontrados na literatura e propagar as incertezas presentes.

1. Introdução

O calor específico é definido como a quantidade de energia térmica necessária para que 1g se aqueça ou resfrie a 1°C [1]. Essa propriedade é importante por explicar o fato de um determinado material aquecer-se ou esfriar-se mais rapidamente que outros, em uma mesma temperatura. Um exemplo dessa situação pode ser percebido no contraste de temperatura entre a areia da praia e o mar.

Já a capacidade térmica é responsável pelo comportamento de um material ao receber calor. Para observar essa propriedade utiliza-se um calorímetro, instrumento que proporciona uma perda mínima de calor por obter isopor (isola a perda de calor por condução) e alumínio (reduz a perda de calor por radioatividade). O mesmo procedimento é aplicado na construção de garrafas de café para uma maior retenção de calor,

2. Métodos

2.1  Modelo Teórico

Para encontrar a capacidade térmica de um corpo, utiliza-se a formula: 

    (1)[pic 1]

Onde C é a capacidade térmica do corpo em cal/°C, c é o calor específico do corpo em cal/g°C e m é a massa do corpo em gramas. 

O calor específico de um corpo está relacionado à variação de temperatura que o corpo pode sofrer após receber uma determinada quantidade de calor. Para encontrar o calor específico, pode-se utilizar a formula: 

   (2)[pic 2]

Onde Q é a quantidade de calor do corpo em calorias (cal), c é o calor específico do corpo e ∆T é a variação de temperatura em graus Celsius (°C). 

Quando se tem um sistema, cada corpo apresenta diferentes capacidades térmicas, resultando em um equilíbrio térmico onde: 

   (3)[pic 3]

Onde  é o somatório das energias (ou quantidade de calor) de cada corpo. [pic 4]

Considerando ∆T como Tf-To (temperatura final menos a temperatura inicial), a quantidade de calor cedida durante a primeira parte do experimento é dada por: 

) (4)[pic 5]

Onde m é a massa da água quente, c é o calor específico da água, Tf é a temperatura final do sistema e To é a temperatura inicial da água aquecida. 

A quantidade de calor recebida é dada por: 

 (5) [pic 6]

Onde m é a massa da água à temperatura ambiente, Ta é o valor da temperatura ambiente em °C e C é a capacidade térmica do calorímetro. 

Faz-se o somatório das energias igual a zero para encontrar o valor de do calor específico do calorímetro: 

 (6)[pic 7]

Na segunda parte do experimento, a quantidade de calor cedida é dada pela fórmula: 

   (7)[pic 8]

Onde m é a massa dos blocos e c é o calor específico dos mesmos. 

A quantidade de calor recebida é expressa por: 

 (8) [pic 9]

Onde m é a massa da água à temperatura ambiente, c é o calor específico da água e C é a capacidade térmica do calorímetro encontrada na primeira parte do experimento. 

Para encontrar o calor específico dos blocos, faz-se o somatório das quantidades de calor (energias) igual a zero, como expresso na fórmula 6. 

2.2 Métodos Experimentais

Materiais utilizados: 

• Calorímetro; 
• Termômetro (±0,1) °C; 
• Ebulidor elétrico; 
• Béquer de vidro; 
• Corpos de prova de alumínio e ferro; 
• Carretel de linha; 
• Caneca de alumínio. 

 

 [pic 10]

Neste experimento houve uma divisão de duas etapas. Na primeira, retirou-se 50ml de água da torneira com o auxílio do béquer, em seguida pesou-se o líquido para verificar sua massa, que foi de 50 gramas. Logo após, colocou-se a água no calorímetro e aferiu-se a temperatura de equilíbrio naquele instante. Posteriormente, encheu-se de água a caneca de alumínio até dois terços de sua altura, e a mesma foi submetida a uma fonte de calor proveniente do ebulidor elétrico até que o líquido entrasse em ebulição. Retirou-se 80ml da água aquecida, que foi colocada no calorímetro e após aguardar os corpos entrarem em equilíbrio térmico, mediu-se a temperatura. Esse procedimento foi repetido mais duas vezes para se obter uma média dos valores e dessa forma obter resultados mais precisos. Com isso, através dos dados obtidos nas análises e seguindo a teoria envolvida, foi possível encontrar a capacidade térmica do calorímetro.