Calor Específico: Determinação do calor de diferentes metais

Laboratórios de Enzimologia e Bioenergética T1

TP1 – Calor específico: determinação do calor de diferentes metais

Objetivos:

• Determinar o calor específico de vários metais.

Introdução Teórica

Calor específico

Designa a quantidade de energia térmica necessária para elevar 1ºC de temperatura numa grama de substância. É também específico para cada substância.

O calor específico da água é o gold standard usado na determinação do calor específico de outras substâncias.

A massa atómica pode-se relacionar com o calor específico: elevada massa atómica simboliza valores baixos de calor específico, isto é, necessita de pequenas quantidades de energia para aumentar o movimento dos seus átomos. [pic 1]

De fazer notar que o calor específico não varia com a quantidade do elemento, mas sim com o estado de agregação!

Com a mesma Temperatura e Energia Cinética semelhante entre duas substâncias, a diferença entre as Energias potenciais gera uma diferente Energia Interna → [pic 2]

NOTA: A energia potencial superior pertence à substância com maior calor específico.

Matematicamente:

[pic 3]

c = calor específico, cal/gºC

q = quantidade de calor trocado (absorvido/ganho ou libertado/perdido), cal

m = massa da substância, g

ΔT = variação de temperatura, ºC (calor absorvido: ΔT= Tequilíbrio – Tinicial; calor libertado: ΔT= Tinicial – Tequilíbrio)

Aula prática

1. Medir a Temperatura inicial da água (T ideal: 100ºC)
2. A água vai receber a energia do corpo durante 30 min.
3. Medir a temperatura final da água (T de equilíbrio) e determinar o calor específico.

Podemos utilizar este método devido à 1ª Lei da Termodinâmica, mais concretamente a lei da conservação da energia. Esta afirma que nada se perde, nada se cria, tudo se transforma/transfere. Também porque se considera um sistema fechado em que não há perdas de energia.

Assim, usando a variação de temperatura da água, podemos determinar o calor específico de um dado metal:

[pic 4]

[pic 5]

[pic 6]

Relatório

Questões pré-laboratoriais

1. De um modo geral, indique o efeito que a densidade possui sobre o calor específico de uma substância.

A densidade e o calor específico de uma substância estão relacionados de uma forma inversamente proporcional. Quando a densidade aumenta o calor especifico diminui, ou vice-versa, quando a densidade diminui a calor específico aumenta. Havendo uma relação proporcional inversa entre o calor específico e a massa e, sabendo que com o aumento da Massa de uma substância há um aumento da sua densidade, será necessário fornecer mais energia para se fazer variar a temperatura de um corpo com densidade mais baixa. Vemos isto comparando substâncias como a água e o alumínio. A água tem densidade inferior (1Kg/L, enquanto o alumínio tem densidade de 2,70Kg/L), mas tem calor específico superior (1cal/𝑔°𝐶, enquanto o alumínio tem um calor específico de 0,215cal/𝑔°𝐶).

1. Qual a relação entre a massa atómica de uma substância e o seu calor específico?  

Tal como a densidade, a massa atómica de uma substância apresenta uma relação de proporcionalidade inversa com o calor específico. Assim, com o aumento de massa atómica há uma diminuição do calor específico. Olhando ao alumínio, com uma massa atómica de 27 e um calor específico de 0,215cal/𝑔°𝐶, e ao Ferro, com massa atómica de 56 e calor específico de 0,107 cal/𝑔°𝐶, vemos que de facto é uma relação de proporcionalidade inversa.  

1. Qual a substância que requer maior quantidade de energia térmica para causar um aumento de 1oC na sua temperatura?  

Olhando à tabela 1 da introdução teórica vemos que a água apresenta um maior calor específico (1 cal/𝑔°𝐶). Quanto maior o calor específico de uma substância, maior quantidade de energia térmica esta requer para que aumente a sua temperatura 1°𝐶.  

1. Qual a substância que requer menor quantidade de energia térmica para causar um aumento de 1oC na sua temperatura? 

A substância que vai necessitar de uma menor quantidade de energia térmica para causar um aumento de 1°𝐶 na sua temperatura vai ser aquela que tem um menor calor específico. Assim, de acordo com a tabela fornecida pela professora na introdução teórica a substância é o ouro com um calor específico de 0,0300 cal/𝑔°𝐶.

1. Porque motivo o corpo humano possui um elevado calor específico? Assumindo que é um perito criminal, como utilizaria esta informação num caso de homicídio?

O calor específico do corpo humano é fortemente influenciado pela sua composição. Tendo em conta que o seu componente maioritário é a água, com valor de calor específico 1cal/𝑔°𝐶. Sendo assim, verifica-se que este valor é elevado já que é necessário fornecer 4.186J de energia para elevar 1°𝐶 numa grama de corpo humano.

Em situação de homicídio, o metabolismo humano falha e os mecanismos bioquímicos que mantém a temperatura corporal constante deixam de o fazer. Portanto, a temperatura corporal diminui,

alcançando o equilíbrio com a temperatura ambiente do local do crime. recorrendo aos conhecimentos de física (calor específico) poderia calcular a

Como perito criminal e hora do homicídio.

Discussão

O calor específico (c), também chamado de capacidade térmica mássica, é uma grandeza física que está relacionada com a quantidade de calor trocado e a sua variação térmica. Desta forma, determina a quantidade de energia térmica necessária para aumentar a temperatura 1 °C de 1g de determinada substância. Quanto maior for o calor específico de uma substância, maior será a quantidade de calor que deverá ser fornecida para que ocorram variações de temperatura. A água, quando comparada com várias outras substâncias, possui o maior calor específico, que corresponde a 1 cal/.[pic 7]