Relatório Capacidade Térmica e Calor Específico

Capacidade Térmica e Calor Específico

Caroline Rodrigues Prock¹

¹ Turma 19A do curso de Engenharia Ambiental e Sanitária

16 de julho de 2017

Resumo

 Este relatório visa proporcionar o conhecimento de Capacidade Térmica e de Calor específico, os quais permitem prever diversos aspectos de seu uso em aplicações do cotidiano. A capacidade térmica é proporcional à massa dos corpos. Essa proporcionalidade é definida por uma grandeza denominada calor específico (c), que é determinado pela razão constante entre a capacidade térmica e a massa de uma substância. O experimento em questão teve por objetivo obter a capacidade térmica de um calorímetro e o calor específico de sólidos.

1 Introdução

A capacidade térmica determina a quantidade calor que um corpo precisa receber para alterar sua temperatura em uma unidade. Cada corpo comporta-se de forma diferente ao receber uma determinada quantidade de calor, como exemplo, na praia a areia e a água do mar estão submetidas à mesma fonte de calor, o sol, mas a areia fica muito mais quente do que a água. Isso acontece porque a areia e a água possuem capacidades térmicas diferentes.

A capacidade térmica caracteriza o corpo, não a substância que o constitui. Essa grandeza é proporcional a massa dos corpos, ou seja, corpos iguais com massas diferentes possuem capacidades térmicas diferentes. Essa proporcionalidade é definida por uma grandeza denominada calor específico, que é determinado como sendo a capacidade térmica dividida pela massa do corpo.

Neste trabalho, a capacidade térmica de um calorímetro e o calor específico de sólidos foram determinados a partir de medições das temperaturas de equilíbrio da água e de um corpo de alumínio e de um de ferro presentes dentro em um calorímetro após o aquecimento.

2 Teoria

Calor pode ser definido como o trânsito de energia térmica de um corpo para outro. Quando dois corpos são colocados juntos e chegam a mesma temperatura, após um intervalo de tempo, dizemos que eles estão em equilíbrio térmico e a temperatura final é chamada temperatura de equilíbrio. [01]

A capacidade térmica de um corpo qualquer pode ser definida através da seguinte relação:

 , onde               (01)[pic 1]

• C é a capacidade térmica de um corpo qualquer;
• Q é a quantidade de calor do corpo, e Δt é a variação de temperatura do corpo.

A quantidade de calor trocado (cedida ou recebida) por um corpo é proporcional a sua massa, do material de que é constituído o corpo e da variação de temperatura que o corpo sofre. [01] Esta quantidade de calor é representada pela seguinte equação:

 , onde         (02)[pic 2]

• Q representa a quantidade de calor;
• m representa a massa do corpo;
• c é o calor específico do corpo, e
• Δt é a variação de temperatura sofrida pelo corpo.

Vale ressaltar que se o valor de Q for menor que zero, o corpo cede calor; se Q for maior que zero, o corpo ganha calor.  

O equilíbrio térmico entre dois corpos ocorre quando suas temperaturas são iguais e quando os valores de Q recebido e Q cedido são iguais, em módulo. Com isso podemos escrever a seguinte relação: [01]

  (03)[pic 3]

Através dessa relação é possível obter o valor do calor específico de um corpo sabendo o calor específico de outro corpo, utilizando relações matemáticas básicas.

No experimento realizado, essa relação foi utilizada para obter o calor específico de um calorímetro, objeto com isolação térmica utilizado para estudar as trocas de calor entre corpos de diferentes temperaturas, para posteriormente obter a capacidade térmica do mesmo. Em seguida, utilizou-se o mesmo calorímetro para determinar o calor específico de do alumínio, utilizando-se um pequeno cilindro de alumínio como corpo de prova. 

mAF*cH2O*(TF-TIA) + C *( TF –TIA) =
-mAQ* cH2O *( TF -TIQ)  onde: (04)

• mAF= massa de agua fria
• cH20= calor especifico da água
• TF= temperatura final (de equilíbrio)
• TIA= temperatura inicial água ambiente
• C=capacidade térmica do calorímetro
• MIQ=massa inicial de água quente
• TIQ=temperatura da água quente

mAF*cH2O*(TF-TIA) + C *( TF –TIA) =
-mB* cB *( TF -TB)  onde:  (05)

• MB=massa do bloco
• TB=temperatura do bloco
• CB= calor especifico do bloco

3 Métodos Experimentais

Materiais utilizados:

• Calorímetro;
• Termômetro;
• Béquer;
• Ebulidor elétrico;
• Bloco de alumínio;
• Bloco de ferro;
• Água;
• Carretel de linha.

Procedimentos:

 Parte 1 – Foi medido aproximadamente 50mL de água em temperatura ambiente, foi colocada no calorímetro, e aferiu-se a temperatura com o auxílio de um termômetro. Em seguida, mediu-se aproximadamente 80mL de água e aqueceu-a com ebulidor elétrico, e foi colocada no calorímetro até descobrir a temperatura de equilíbrio. Foi feita esse procedimento 3x e anotados os valores.