O Relatório Física Experimental Calorimetria

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ

Física Experimental Básica

Prática 8: Capacidade Térmica e Calor Específico

Aluno(a): Sara Elen Ferreira Lima

Matrícula: 496566

Turma: 03

Professor: Saulo Davi

Fortaleza, CE 2020

1. Objetivos

• Determinar a capacidade térmica de um calorímetro;
• Determinar o calor específico de vários sólidos.

1. Materiais

• Calorímetro com agitador.
• Água.
• Amostras de ferro, alumínio e cobre.
• Balança.
• Termômetro.
• Fonte de calor.

1. Introdução

Calorimetria é a parte da física que estuda os fenômenos relacionados às trocas de energia térmica em forma de calor e ocorre entre dois ou mais corpos e o meio. Essa energia em trânsito é chamada de calor e ocorre devido a diferença de temperatura entre os corpos. Calor é a energia térmica em movimento e quando dois corpos atingem a mesma temperatura eles estão em equilíbrio térmico. Além disso, o calor sempre flui do corpo de maior temperatura para o corpo de menor temperatura. Existem dois tipos de calor: o calor sensível e o calor latente.

Ao aquecermos a água, até uma certa temperatura, ela apenas fica quente, sem ocorrer mudança de fase, isso é o que determina “calor sensível”. Ele é uma das características das substâncias, pois é próprio de cada uma e é praticamente invariável. Calor específico é uma unidade que indica a quantidade de calorias necessárias para se elevar em 1,0 ºC uma massa de 1,0 g de determinada substância. Um método simples para se determinar o calor específico de uma substância é chamado “método das misturas”. Esse método consta em “misturar” corpos com temperaturas diferentes e conhecidas. A mistura deve ser realizada num ambiente isolado termicamente para que a troca de calor seja restrita aos corpos. O calorímetro proporciona esse ambiente dentro de limites razoáveis. Ele é constituído de um recipiente metálico (vaso de cobre), protegido por um outro que é isolante térmico (isopor). A tampa do vaso de isopor possui dois furos: um para o termômetro e o outro para o agitador, que se destina a homogeneizar a temperatura da água.[pic 2]

Figura 8.1. Calorímetro. Fonte: Roteiro de Práticas.

A fórmula utilizada para calcular o calor sensível é a seguinte:

Q = m.c.Δt

Onde, m

temperatura.

---

é a massa do corpo; c

---

o calor específico; e Δt

---

é a variação de

Quando a água atinge seu ponto de ebulição, 100 °C, a sua temperatura se estabiliza, ocorrendo apenas a mudança da fase líquida para vapor. Esse tipo de calor é o “calor latente”. A fórmula utilizada para calcular o calor latente é a seguinte:

Q = m.L

onde, m

---

é a massa do corpo e L

---

o calor latente.

Outra grandeza física utilizada para determinar a quantidade de calor é a “capacidade térmica”. Ela define a quantidade de calor que um corpo deve receber, ou ceder, para que a sua temperatura varie em 1,0 ºC ou 1,0 K. Diferentemente do calor específico, essa grandeza está relacionada com o corpo como um todo, e não somente com cada grama de sua composição. Por essa razão, dizemos que calor específico é uma propriedade da substância, enquanto a capacidade térmica é uma propriedade do corpo em si.

As fórmulas usadas para medir a capacidade térmica são as seguintes:

C = Q/Δt

onde, Q

---

é a quantidade de calor e Δt

---

é a variação de temperatura.

onde, m

---

é a massa e c

---

C = m.c

o calor específico.

1. Pré-Laboratório

1. Um calorímetro contém 50 mL de água a temperatura ambiente, 25 °C. Adiciona-se 50 mL de água a 35 °C ao calorímetro. Após alguns minutos a temperatura estabiliza-se em 29 °C. Determine:

1. A capacidade térmica do calorímetro.

Como a densidade da água é 1g/ml, 50 ml de água são 50 g de água. Então:

C = m.c0.(T − t) − m′c0.(t − t0)/.(t − t0 )

C = 50g.(1 cal/g.°C).(35°C − 29°C) − 50g.(1 cal/g.°C).(29°C − 25°C)/(29°C − 25°C)

C = (300 cal − 200 cal)/4°C C = 25 cal/°C

1. A quantidade de calor absorvida pelo calorímetro.

Q absorvido pelo calorímetro = C .Δt

Q absorvido pelo calorímetro = 25 cal/°C.(29°C − 25°C)

Q absorvido pelo calorímetro = 100 cal

1. A quantidade de calor absorvida pela água existente previamente no calorímetro.

Qcedido pela água quente + Q absorvido pela água existente + Q absorvido pelo calorímetro = 0

− 300 cal + Q absorvido pela água existente + 100 cal = 0

Q absorvido pela água existente = 300 cal − 100 cal = 200 cal

1. A quantidade de calor cedida pela água quente (35 °C) adicionada ao calorímetro.

Qcedido pela água quente = m.c.Δt

Qcedido pela água quente = 50 g.(1 cal/g.°C).(29°C -35°C)

Qcedido pela água quente = − 300 cal