TRABALHO DE FISICA

1. Introdução

Este relatório apresenta a descrição de um experimento sobre caloímetros realizado por dois alunos da disciplina FEP 112 - Física II no dia 13 de março de 2007, sob supervisão do professor Gustavo do Instituto de Física da Universidade de São Paulo.

2. Objetivo

O experimento teve como objetivo determinar o calor específico da água e a capacidade térmica do calorímetro pela análise das curvas de aquecimento de duas massas de água colocadas no calorímetro.

3. Introdução Teórica

De maneira bem simples, ao menos uma vez na vida, já tivemos experiências térmicas que, de maneira intuitiva, observamos como determinadas substâncias respondem ao acréscimo de calor e de como este calor tende a se equilibrar com o meio. Um exemplo típico é quando tentamos regular a temperatura do chuveiro elétrico, aumentando ou diminuindo a quantidade de água que flui por ele. A esta resposta específica da água, podemos dar o nome de calor especifico ou capacidade térmica, que melhor definiremos abaixo.

Para fazermos medidas de calor especifico e capacidade térmica, utilizamos um calorímetro, que nada mais é que um cilindro de metal isolado do meio externo por uma camada de vácuo para que haja a diminuição da perda de calor por outros fatores, algo parecido com uma garrafa térmica aberta. Nela estão inseridos uma massa determinada de um liquido, um termômetro, e uma resistência elétrica que será responsável pelo ganho de calor constante.

Para conceituações mais precisas, adotaremos as seguintes definições:

3.1 Calor específico

…Calor específico de uma substância é a quantidade de calor Q, em calorias, necessárias para elevar um grama de uma substância de T1°C a T2°C. [2]

3.2) Capacidade térmica

…A capacidade térmica de um corpo em particular é definida como o produto de sua massa em gramas e seu calor específico em calorias por grama por grau centígrado. [2]

4. Descrição Experimental

4.1 Material utilizado

1 Balança

1 Calorímetro (com agitador)

1 Termômetro

1 Cronômetro

1 Aquecedor

1 Fonte de energia para o aquecedor

4.2 Montagem e procedimento

Inicialmente, o termômetro e o aquecedor foram acoplados ao calorímetro (como mostra a Figura 4.2.1). Depois, foi pesada uma massa de água que foi colocada dentro do calorímetro.



[Fig. 4.1.1]

Figura 4.1.1: Montagem experimental. Pode-se ver a fonte de energia para o aquecedor, o calorímetro, o termômetro e o cronômetro nas mãos do operador.

Com o calorímetro fechado e já contendo água, o aquecedor, posicionado dentro do calorímetro e em contato com a água, foi ligado e a temperatura da água foi verificada uma vez por minuto (a água foi mantida em agitação durante todo o procedimento para garantir que a temperatura fosse homogênea em todo o líquido). Após 22 minutos, o aquecedor foi desligado, a água foi descartada e repetiu-se o processo, desta vez com uma massa diferente de água.

Os dados de temperatura e as conclusões obtidas no processo encontram-se nas próximas seçõesdo relatório.

5. Resultados

5.1 Dados coletados do aquecimento da água

As primeiras medidas, obtidas no aquecimento de 603,80g de água:

[Tab. 5.1.1]

Tabela 5.1.1: Temperatura de 603,80g de água durante aquecimento.

Medidas posteriores, obtidas no aquecimento de 300,65g de água:

[Tab. 5.1.2]

Tabela 5.1.2: Temperatura de 300,65g de água durante aquecimento.

Todos os dados passaram por teste estatístico e encontram-se dentro de intervalo de confiança de 95%, não havendo necessidade de descarte de dados aberrantes.

Curva de aquecimento da água

Iniciamos com a conservação de energia em um sistema termicamente isolado:

ΔE=C⋅ΔT

Em que ΔE é a energia fornecida ao sistema, ΔT é a variação de temperatura