O EQUIVALENTE ELÉTRICO DO CALOR

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ

SETOR DE CIÊNCIAS EXATAS

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

FÍSICO-QUÍMICA EXPERIMENTAL I – CQ 239

GABRIELLA APARECIDA BORIM

GIOVANNA FERRARI DOS SANTOS

LEONARDO FIL SOUZA

LUIZ ANTONIO WENGRZENEK DE SOUZA

EMANUELLY ORBELI DE OLIVEIRA

PRÁTICA 02 – EQUIVALENTE ELÉTRICO DO CALOR

BANCADA 3

30/06/2022

CURITIBA

2022

1. INTRODUÇÃO

A termodinâmica, o estudo das transformações da energia, tem como princípio a conservação da energia e como ela se aplica aos processos físicos e químicos. De tal forma, a maneira pela qual um sistema pode trocar energia com suas proximidades é fundamental para relacionar a perda ou ganho de calor em termos de trabalho.

Trabalho é o movimento realizado contra uma força que se opõe ao deslocamento e energia é a capacidade de efetuar trabalho. A energia de um sistema pode ser alterada a partir de uma diferença de temperatura entre o sistema e suas redondezas e este processo de transferência de energia é chamado de calor. Um sistema pode ser descrito como aberto, fechado ou isolado. Quando é possível realizar a transferência de matéria e de energia com as redondezas, é dito sistema aberto. Por outro lado, quando somente há transferência de energia este é chamado de sistema fechado e quando não ocorre nenhum dos dois é porque o sistema é isolado. Assim, quando dois corpos estão em um mesmo sistema isolado, a soma da troca de energia entre eles, em forma de calor, é igual a zero; isto é, a quantidade de calor cedido por um é a mesma recebida pelo outro.

No estudo das relações entre calor e trabalho, James Prescott Joule teve grande contribuição ao definir quantitativamente tal correspondência (1).

(1)[pic 2]

O experimento apresentado neste relatório busca trazer tal relação matemática igualando a soma das quantidades de calor trocadas com a energia dissipada pela resistência elétrica de um circuito montado a partir de um calorímetro. [1]

1. OBJETIVO

Este experimento tem como objetivo calcular o equivalente elétrico do calor, isto é, encontrar a relação entre calor e trabalho definida como uma caloria equivalente a 4,184 Joules. Antes, é necessário descobrir a capacidade térmica do calorímetro a ser utilizado para então realizar o procedimento com auxílio de um cronômetro manual, um termômetro e uma resistência elétrica conectada a um circuito.

Através de cálculos, usando os dados experimentais anotados, é possível encontrar o equivalente elétrico do calor de duas formas, sendo a primeira utilizando os últimos dados encontrados e a segunda construindo um gráfico com todos os valores para um resultado mais preciso e, assim, calcular o erro relativo.

1. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

Para a realização do experimento, na qual será possível determinar a equivalência elétrica do calor, deve-se ter em mente que será necessário realizar o preparo de todos os materiais para, então, determinar a capacidade térmica do calorímetro para o êxito final do experimento.

Para esta primeira etapa será utilizado um calorímetro especial, feito a partir de uma garrafa térmica, a fim de tornar desprezível uma possível troca de calor entre seu interior e o ambiente durante todo o procedimento experimental. Com isto em mente será adaptado uma resistência ao calorímetro que perdurará até o final do experimento. Para iniciar a determinação da capacidade térmica será averiguada a temperatura inicial com a ajuda de um termômetro também adaptado na parte superior do calorímetro, esta temperatura será provida de 100,0 mL de água da torneira e ela será anotada, em seguida será aquecida cerca 200,0 mL de água em um béquer até aproximadamente 60 °C na qual servirá para ambientar uma proveta de 100,0 mL a fim de medir a temperatura da água quente. Logo após a medida, despejasse o volume dentro do calorímetro fechando-o rapidamente. Após o equilíbrio do sistema será anotada a temperatura final e com todos os valores em mão é possível determinar, por fim, a capacidade térmica do calorímetro.

Com a capacidade térmica calculada será possível então determinar a equivalência elétrica do calor. Retire toda a água utilizada no processo anterior e substitua por 200,0 mL de água destilada, já com o calorímetro ambientado, a fim de conseguir medir a temperatura inicial com o sistema fechado e então conectar a resistência à rede elétrica através da fonte de tensão para conseguir regular a corrente em aproximadamente 1,5 A e ±20 V. Com todas as especificações estabelecidas será anotado os valores de temperatura, corrente e tensão ao longo de 600 s medindo e anotando a cada período de 60 s.

Com os valores experimentais obtidos é possível determinar a equivalência elétrica procedendo os cálculos para o último ponto obtido ou utilizando o método gráfico para maior precisão dos dados a fim de diminuir o erro relativo e o resultado se aproximar de 4,18 J cal-1.

1. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Durante a realização da parte um do experimento, calibrar o calorímetro, obtivemos os seguintes valores conforme a tabela 1.

Tabela 1 – Dados coletados para a calibração do calorímetro

Propriedade	Dados
Calor específico da água	1 cal g-1 °C-1
Massa água fria	100 g
Massa água quente	100 g
T1 Temperatura da água fria e do calorímetro	17,1 °C
T2 Temperatura da água quentes	58,1 °C
T3 Temperatura final de equilíbrio	36,0 °C

Fonte: Os Autores, 2022.