Relatório de Física II - Calor Específico dos Sólidos

Calor Específico dos Sólidos

Física II

28 de maio de 2015

Resumo: Este relatório é voltado para o estudo e identificação do calor específico do alumínio, chumbo, cobre, e de seus possíveis erros experimentais. Para isso, cada corpo foi introduzido em um recipiente contendo água e aquecido até o início da ebulição da água, onde a partir deste ponto cessou-se o aquecimento. Após se aguardar três minutos, o metal e colocamos dentro de um vaso calorimétrico, isolado do meio externo onde se alcançou o equilíbrio térmico. Colocando o corpo em contato e dentro de um calorímetro, ocorre uma transferência de energia, sob a forma de calor, da temperatura mais elevada para o que se encontra a temperatura mais baixa, até o equilíbrio.

Introdução

O calor é uma forma de energia que é transferida de um corpo para o outro devido à diferença entre suas temperaturas. À medida que a temperatura dos corpos se iguala, cessa a transferência de energia, e nessa situação é atingido o equilíbrio térmico. O fluxo de calor depende não apenas da diferença entre as temperaturas da substância, mas também da quantidade de material que existe. O termo calor é usado para indicar a energia transferida de um corpo ou sistema, não sendo para indicar a energia que um corpo possui. A unidade de calor “Q”, no sistema internacional é em joules (J). As unidades mais usadas é a caloria (cal) que é a quantidade de calor requerido para alterar a temperatura de um grama de água em um grau Celsius.                                                                                                                                Ao se realizar uma medida, há sempre fontes de erro que as afetam. As fontes de erro fazem com que toda medida realizada, por mais cuidadosa que seja, esteja afetada por um erro experimental. Os erros experimentais podem ser classificados em erros sistemáticos e erros aleatórios. Os erros sistemáticos são causados por fontes identificáveis, e, em princípio, podem ser eliminados ou compensados e fazem com que as medidas feitas estejam consistentemente acima ou abaixo do valor real, prejudicando a exatidão. Os erros aleatórios são flutuações, para cima ou para baixo, que fazem com que, aproximadamente a metade das medidas realizadas de uma mesma grandeza em uma mesma situação experimental esteja desviada para mais, e a outra metade esteja desviada para menos. Os erros aleatórios afetam a precisão da medida. Para que os erros experimentais fornecessem resultados aceitáveis, o corpo deveria estar na estufa algum tempo.

O calor específico de uma substância é a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de 1 g da substância por 1°C e é simbolizado por C. O calor específico da água, por exemplo, é = 1cal/g°C e significa que é necessária 1 caloria (cal) para aumentar a [pic 2]

temperatura de 1 grama (g) de água por 1 grau Celsius (°C). A unidade caloria (cal) mede a quantidade de calor, sendo comum o seu uso em nutrição.  Se um objeto é feito de um material cujo calor específico é igual a C, então a quantidade calor necessária para aumentar a sua temperatura por uma quantidade T é conhecido como:

[pic 3]

onde “Q” é a quantidade de calor e “M” é a massa do objeto. O valor de C muda de material para material, refletindo o fato de que há materiais com maior ou menor capacidade de acumular calor. A equação que representa a soma das trocas de calor entres as partes do sistema é lei zero termodinâmica logo, a quantidade de calor cedido pelo bloco é igual a quantidade de calor recebido pela massa de água.

 
[pic 4][pic 5]

[pic 6]

 A Tabela abaixo apresenta o calor específico de algumas substâncias e líquidos:

Substância	Calor Específico (Cal/g. °C)	Calor Específico (J/kg.k)
Chumbo	0,0305	128
Cobre	0.0923	386
Alumínio	0,215	900
Vidro	0,20	840
Álcool Etílico	0,58	2.430
Água Doce	1,00	4.186
Óleo	0,57	2.386

Se um bloco de metal de calor específico desconhecido e massa  é aquecido a uma temperatura  e em seguida é introduzido em um calorímetro de capacidade térmica contendo uma certa massa de água  a uma temperatura . Usando o princípio das trocas de calor, o calor específico é dado por:[pic 7][pic 8][pic 9][pic 10]

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Objetivos:

• Determinar o calor específico de algumas substâncias
• Diferenciar calor específico de capacidade térmica
• Analisar as trocas de calor entre um sistema e sua vizinhança

Materiais utilizados

  Foram utilizados os seguintes materiais neste experimento:

[pic 12]

• Interface Pasco
• Água
• Balanço
• Termômetro
• Proveta
• Amostras de diversos metais
• Aquecedor
• Béquer

 

Montagem        

    Ligou-se a Interface Pasco e o aquecedor. Colocou-se água no aquecedor e conectou-se os termômetros na Interface e foi medido a temperatura da água dentro do aquecedor .

Procedimento/ Resultados

1. Separou-se algumas peças de metal de modo que fosse obtida uma massa de aproximadamente 100 g para o cobre e 60g para o alumínio.
2. Com o auxílio de um termômetro determinou-se a temperatura ambiente que é a temperatura inicial do metal.
3. Com auxílio da proveta, foram colocados na garrafa térmica exatamente 70 ml de água previamente aquecida até uma temperatura de aproximadamente entre 80° C e 100°C.
4. Aguardou-se um certo tempo e anotou-se o valor inicial da temperatura da água.
5. Considerou-se que a capacidade térmica da garrafa valesse 20cal/°C, valor nominal.
6. O objeto de (cobre, alumínio e chumbo) foi colocado rapidamente no interior da garrafa térmica, tendo antes sido medido a sua massa. Foi transcrito também o valor da  

temperatura ambiente, medida em um dos passos anteriores, que corresponde a   temperatura inicial do metal.

1.  Agitou-se a mistura vigorosamente e determinou-se a temperatura de equilíbrio.
2. Determinou-se o calor especifico do metal.
3. Repetiu-se a experiência mais uma vez. Completou-se a tabela com os dados coletados e determinou-se o valor do calor especifico em cada caso, comparando-se seus resultados com os valores tabelados.

Análise de Resultados

	Tabela 1: Medidas coletadas no experimento
Metal	Massa de Água	Massa do Metal	[pic 13]	[pic 14]	[pic 15]	𝑐
1º Tentativa	Alumínio	80 ml	198,4g	85°c	21,6°c	66,9°c	0,201
Cobre	70 ml	193g	74°c	21,6°c	65,5°c	0,090
Chumbo	80 ml	224,7g	75°c	21,6°c	73,04°c	0,0169
2º Tentativa	Alumínio	80 ml	198,4g	70°c	21,6°	55,5°c	0,214
Cobre	70 ml	193g	75°c	21,6°c	66,2°c	0,092
Chumbo	80 ml	224,7g	76,7°c	21,6°c	75,0°c	0,0141