Relatório Física 2 - Equilíbrio Térmico

FACULDADE ESTÁCIO DE SÁ

CAROLE FOINI

ISABELA CRISTINA DE OLIVEIRA

RAQUEL FERNANDES

SAULO MELLO

EQUILÍBRIO TÉRMICO

Trocas de Calor

Juiz de Fora

2015

CAROLE FOINI

ISABELA CRISTINA DE OLIVEIRA

RAQUEL FERNANDES

SAULO MELLO 

EQUILÍBRIO TÉRMICO

Trocas de Calor

Relatório apresentado a disciplina de Física Experimental II, ao curso de Engenharia de Produção da Faculdade Estácio de Sá de Juiz de fora.

Professor: Denílson

Juiz de Fora

2015

1. Introdução

A parte da física que consiste o estudo do calor – estuda os diferentes dos tipos de energia possam produzir a variação de temperatura, seja por aquecimento ou resfriamento, ou mesmo a mudança de estado físico de matéria, quando ela recebe ou perde calor –, é conhecida como termologia.  A maneira a qual o calor possa ser vir trocado entre corpos, bem como as suas características de cada processo de troca, é o que se estudo em termologia.

Há uma parte a qual estuda as trocas de energia entre corpos ou sistemas quando essas trocas se dão em forma de calor, que se é chamada de calorimetria. Calor, nada mais é que a uma transferência de energia térmica entre dois sistemas. Assim, podemos concluir que um corpo recebe calor, mas não que ele possui calor. Tem se como ramificação da termologia a calorimetria.

Com grande destaque para a termodinâmica, a grandeza denominada calor pode ser definida como a energia térmica em transita entre dois corpos devido à diferença de temperatura entre os mesmos. Tais definições tem sua explicação em outros conceitos, tais como o calor específico, o calor latente, o calor sensível e o equilíbrio térmico. Sob dois diferentes aspectos o calor específico pode ser explicado: calor específico a pressão constante (CP) e o calor específico a volume constante (CV)

Assim, esta variável pode ser definida como sendo a quantidade de calor necessária para se elevar a temperatura em 1 ºC/grama de determinada substância. Determinando apenas e a mudança de temperatura de tal corpo, é chamado de calor sensível. Podemos definir, por sua vez, calor latente é tido como aquele a qual só altera a estrutura física do corpo, não sua temperatura. O conceito de equilíbrio térmico é tido como o estado termodinâmico em que um sistema pode alcançar depois de um tempo relativamente grande em que os corpos entram em contato e alcançam a mesma temperatura pela troca de calor entre si.

As trocas de calor entre dois corpos de diferentes temperaturas podem proporcionar uma mudança em seus estados de agregação molecular, como em suas temperaturas; sendo conveniente ressaltar que tais mudanças nunca ocorrem simultaneamente.

2. Objetivos

O experimento busca avaliar e comprovar o equilíbrio térmico entre corpos e a transferência de calor em sistemas através de dados obtidos ao longo de certos procedimentos e por meio de cálculos matemáticos. Comprovando a variação de temperatura sem o uso do calorímetro.

3. Materiais e Métodos

Os materiais utilizados no laboratório para a realização do experimento são apresentados a seguir, tais como os procedimentos adotados:

3.1 Materiais Utilizados

• 1 Becker de 250 ml
• 1 Termômetro
• 150 ml de água
• Cubos de gelo

3.2 Desenvolvimento Teórico

Após dois sistemas terem sido postos em contato térmico, o estado termodinâmico alcançado por um sistema e seu entorno – alcançado depois de determinado tempo, através de a troca de calor – é conhecido por equilíbrio térmico.

Ao colocar-se um objeto quente próximo a um frio, os dois estarão na mesma temperatura após alguns minutos. Isso é possível pois o calor é transferido do objeto com temperatura mais levada para o objeto com temperatura mais baixa

Podemos exemplificar esse fenômeno de transferência térmica por um fato muito comum no dia: café quente com leite frio. É possível perceber que a temperatura dos dois líquidos tende a se igualar até que fique igual, após realizar tal mistura, daí o porquê da mistura ficar morna.

A reação de troca de calor tem início, ao misturarmos o leite com o café. A principio  é possível sentir o calor do café em meio ao líquido, contudo somente alguns segundos depois e  a temperatura se modifica. Até alcançar o equilíbrio térmico, o fluxo de calor se move rapidamente.

Como já foi dito, há energia térmica em transito de um corpo para outro devido a diferença de temperatura existente entre eles. À esta energia é dado o nome de Calor. Já, para elevar sua temperatura de 1º C, é necessária uma quantidade de calor. Esta, deve ser fornecida a um grama de água em mesma quantidade, e tem-se o nome de Caloria (cal). A “medida de calor” é chamada Calorimetria.

É função da natureza do corpo e de sua massa determinada capacidade térmica. A quantidade de calor que deve ser fornecida a um corpo para elevar sua temperatura de 1°C é chamada de Capacidade térmica. A cada corpo, a capacidade térmica C exprime uma característica.

Já a quantidade de calor, por unidade de massa é conhecida como Calor latente. Este possibilita a mudança de estado, por unidade de massa. E determina se é necessário fornecer ou retirar de certo corpo, sob certa pressão, para que tal mudança de estado sem variação de temperatura, ocorra.

A uma dada temperatura, toda substância sob pressão constante sofre mudança de estado.

É necessário, nas mesmas condições, uma quantidade de calor para que a mesma substância sofra a mesma mudança de estado.

• Calor latente de fusão do gelo:  [pic 1]

• Calor latente de solidificação da água:  [pic 2]

Já a quantidade de calor, por unidade de massa, necessário para fornecer e retirar calor de um certo corpo, e que possibilita uma variação de temperatura é chamado Calor específico. Calor específico da água: