O Experimento Calor Específico de Sólidos

Física Experimental – 01/2018 – Turma N

Experimento 9 – Calor Específico de sólidos

29/05/2018

Grupo 2

Participantes:

Objetivo

O experimento tem como objetivo obter experimentalmente o valor da capacidade térmica do calorímetro e a partir dele obter o calor específico de três sólidos, alumínio, chumbo e cobre. Também vamos comparar os valores encontrados experimentalmente, tanto o da capacidade térmica do calorímetro quanto o do calor específico dos sólidos utilizados, com os valores tabelados que existem das propriedades dos corpos que estamos usando e verificar se esses são exatos ou há alguma margem de aproximação aos valores tabelados, discutindo assim a ocorrência de erros experimentais nesse processo.

Introdução

Quando existe uma diferença de temperatura entre dois corpos iguais ou diferentes e essas entram em contato uma com a outra, começa a ocorrer um fenômeno físico chamado de transferência de calor, isso ocorre, pois um corpo com temperaturas mais elevada que outro, ao entrar em contato tende a transferir energia térmica ao corpo com a temperatura mais baixa até que esses tenham a mesma temperatura, chegando assim a uma temperatura de equilíbrio.

Cada corpo possui sua capacidade térmica que é a quantidade de calor que um corpo precisa receber para alterar sua temperatura em uma unidade. Essa grandeza pode ser determinada pela fórmula abaixo:

C=Q/∆T=Q/(T_f-T_i )

Onde C é a capacidade térmica, Q a quantidade de calor recebido e ΔT a variação da temperatura (Tf – Ti, temperatura final menos a temperatura inicial). A unidade de medida da capacidade térmica é J/K ou cal/(°C).

Para o nosso experimento usaremos a equação abaixo:

C=(m_áq c(T_áq-T_eq ))/(〖(T〗_eq-T_áf))-m_áf c

Onde m_áq é a massa da água quente, m_áf é a massa da água fria, T_áq é a temperatura da água quente, T_áf é a temperatura da água fria, T_eq é a temperatura de equilíbrio e c é o calor específico da água.

Ao encontrarmos a capacidade térmica da água utilizaremos esse valor para determinar o calor específico dos sólidos (c_M) que iremos analisar. A equação para determinar o calor específico é:

c_M=(-(C+m_áf c) 〖(T〗_eq-T_áf))/(m_M 〖(T〗_eq-T_M))

Onde a unidade de c_M é cal/(g°C) ou J/(Kg.K),m_M é a massa do sólido utilizado e T_M é a temperatura em que o sólido estava no momento da realização do experimento. Nesse experimento analisaremos três sólidos: alumínio, chumbo e cobre.

Materiais utilizados

1 termômetro digital PHYWE GTH 1160, com escala de 0,1◦C com faixa de leitura de -50,0 até 199,9°C, e com escala de 1°C com faixa de leitura de -50 até 1150°C;

1 luva térmica;

1 calorímetro;

1 manta aquecedora;

1 balão volumétrico;

1 estufa;

1 termômetro similar ao do kit para medir a temperatura da estufa;

2 balanças digitais com precisão de 0,1 g;

Amostras de alumínio, chumbo e cobre.

Procedimentos experimentais:

Parte 1 – determinação da capacidade térmica do calorímetro:

Colocamos uma massa pequena de água (59,9g) no calorímetro e medimos sua temperatura (22,1°C), sendo essa a água fria. Logo depois utilizamos outra massa pequena de água (59,0g), próxima a da massa da água fria que usamos, essa água foi então aquecida até a temperatura de 94,4°C (água quente). Preparamos o calorímetro dentro da estufa para que quando colocássemos a água quente no mesmo não houvesse perda de temperatura para o ambiente externo. Acrescentamos rapidamente a água quente ao calorímetro e tampamos a estufa, rapidamente colocamos o termômetro para identificar a temperatura de equilíbrio de nosso sistema e obtivemos um valor de Teq= 53,0°C. Obs.: c = 1.

Aplicando os valores encontrados na fórmula obtemos:

C=(m_áq c(T_áq-T_eq ))/(〖(T〗_eq-T_áf))-m_áf c=(59,0*1*(94,4-53,0))/(53,0-22,1)-59,9*1=19,1 cal/(°C)

Parte 2 – determinando o calor específico dos sólidos

Na segunda parte do experimento vamos determinar o calor específico do alumínio.

Colocamos no calorímetro uma massa de água fria igual a 59,9g, a mesma do procedimento anterior, para que não ocorresse uma diferença muito grande do valor do calor especifico encontrado ao valor tabelado, essa água também estava à temperatura de 22,1°C.

O calorímetro foi então colocado dentro da estufa e rapidamente acrescentamos ao sistema uma massa (m_M) de 40,6g de alumínio a uma temperatura (T_M) de 116,0°C, a estufa foi logo em seguida tampada e inserimos o termômetro digital no sistema para obter a temperatura de equilíbrio, e encontramos um valor de Teq= 38,0°C.

Com os valores obtidos aplicados na equação abaixo encontramos um calor específico de:

c_M=(-(C+m_áf c) 〖(T〗_eq-T_áf))/(m_M 〖(T〗_eq-T_M))=(-(19,1+59,9*1)*(38,0-22,1))/(40,6*(38,0-166,0))=0,242 cal/(g°C)

O calor específico dos outros dois sólidos foi obtido pelos outros grupos, da mesma forma que obtivemos o do alumínio e os valores encontrados foram:

Cobre: 0,092 cal/(g°C)

Chumbo: 0,031 cal/(g°C)

Com os valores obtidos dos três sólidos montamos o Gráfico 1 referente ao seu calor específico x massa molar.

Gráfico