RELATÓRIO DO EXPERIMENTO – EQUIVALENTE DO CALOR E DA ENERGIA

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 UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA

INSTITUTO DE FÍSICA

 

 

 

RELATÓRIO DO EXPERIMENTO – EQUIVALENTE DO CALOR E DA ENERGIA

 

 

 

 

 

 

SALVADOR/BA

Agosto de 2017

 

 

 

 

 

 

 

 

RELATÓRIO DO EXPERIMENTO – EQUIVALENTE DO CALOR E DA ENERGIA

Relatório referente ao experimento Equivalente do Calor e da energia, realizado em laboratório e orientado pelo professor Jailton Almeida da matéria Física 122 – Física Geral e Experimental II.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SALVADOR/BA

Agosto de 2017

1.      INTRODUÇÃO

         Desde de suas primeiras teorias, a grandeza da energia foi conceituada de maneira independente entre os pontos de vista da mecânica e da calorimetria, sendo estas denominadas como energia mecânica e calor, respectivamente.

A termodinâmica teve como grande feito unir esses dois conceitos e estabelecer uma relação quantitativa entre eles.

Por isso, esse experimento tem como principal objetivo estabelecer a equivalente que vai relacionar as unidades de medida que correspondem a energia mecânica e ao calor, são estas a caloria (cal) e o Joule.

1 cal = A Joule

Ao se fornecer calor a um corpo, ele terá sua temperatura elevada. Este aumento dependerá da massa do corpo, da quantidade de calor fornecida e do calor específico, que é uma é uma grandeza que caracteriza a facilidade ou dificuldade de um determinado material variar sua temperatura quando troca energia na forma de calor.

No século XIX, James Prescott Joule dedicou-se a estudar a equivalência entre energia mecânica e o calor. Seu invento mais conhecido, e que demonstrou aquilo que ele acreditava, consistia em um dispositivo em que duas massas presas por fios passavam por duas roldanas e se ligavam a um sistema de pás giratórias que estavam imersos em um recipiente com água. Assim, a partir do movimento de descida dos pesos as pás giravam, sendo observado com auxílio de um termômetro que a temperatura da água aumentava.

Assim, Joule pôde perceber que o trabalho realizado pela força da gravidade era convertido no aumento da energia interna, consequentemente do aumento de temperatura, podendo estabelecer que havia uma relação entre trabalho e quantidade de energia transferida na forma de calor. Desta forma, conhecendo os valores do peso dos blocos, a massa da água do recipiente e da variação da temperatura sofrida por ela, Joule calculou a quantidade de energia transferida para água, determinando quantas medidas de energia mecânica (Joule) eram equivalentes a uma medida de calor (cal).

Epot.gravitacional = Q (calor recebido pela água)

Mbloco x g x h = Mágua x cágua xT

Ao se aquecer uma determinada massa de água por meio de um aquecedor elétrico, mede -se a energia elétrica fornecida pelo aquecedor (em J) e o aumento da temperatura.

Tem-se que  , onde P  é a  potência  do aquecedor (W)  e o  tempo  ΔT (s) que foi fornecido energia para a água. Por outro lado, o calor absorvido pela água pode ser expresso por  Fazendo a igualdade da energia fornecida à absorvida, e usando a expressão, temos:[pic 2][pic 3]

= = A.[pic 4][pic 5][pic 6][pic 7]

 

 

 

 

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2.          ETAPA EXPERIMENTAL

 

2.1.           MATERIAL NECESSÁRIO

 

·         Aquecedor

·         Termômetro

·         Calorímetro – Caixa de alumínio dentro de uma caixa de isopor

·         Relógio (cronômetro)

·         Balança

·         Barra de alumínio

 

2.2.           PROCEDIMENTO

 

Inicialmente, mediu-se a massa da caixa de alumínio e adicionou-se a ela mais 4Kg de água (equivalente a 4L, já que a densidade água =1g/cm3). Colocou-se, então, a caixa cheia dentro do isopor, tampando-o logo em seguida. Mediu-se, a partir daí, a temperatura inicial da água e registrou-se a potência do aquecedor. O isopor atuou como isolante térmico, reduzindo a perda de calor para o meio. Desta forma, ligou-se o aquecedor e, com uso de um cronômetro, registraram-se os valores da temperatura em intervalos de 1 minuto. Quando a água atingiu 80oC o aquecedor foi desligado e esperou-se cerca de cinco minutos para que o sistema se estabilizasse.

Depois foi adicionada a barra de alumínio ao sistema, com sua massa e temperatura previamente medidas, e as temperaturas continuaram a ser medidas a cada um minuto até que fosse percebida uma estabilização. O intuito desta segunda parte é determinar o calor específico do alumínio.

 

mcaixa (Kg) = 0,441	Potência (W) = 624	Tf,água (ºC) = 80,1
mágua (Kg) = 4,0	tinicial (min) = 0	Ti,barra (ºC) = 26,0
mbarra (g) = 1891	Ti,água (ºC) = 24,9	Tf,água+barra (ºC) = 74,2

 

3. RESULTADOS E DISCUSSÕES

No procedimento, o isopor atua como um isolante térmico, impedindo a perda de calor em demasia para o meio. O aquecedor foi ligado e o cronômetro acionado, de forma que foram registrados na Parte I da Tabela 02, os valores da temperatura em intervalos de 1 min, até a temperatura atingir cerca de 80ºC. O aquecedor foi desligado e, ainda com o calorímetro tampado, foi registrado na Parte II da Tabela 02, a temperatura da água até perceber que a temperatura se estabilizou.