Atividade 6

CÂMPUS: Rio do Sul
LABORATÓRIO DE PRÁTICAS PEDAGÓGICAS
RELATÓRIO DE ATIVIDADE
Curso: Licenciatura em Física
Disciplina: Física 4
Turma: 2013.2
Professor: Bruno
Data:
Tema da aula: Termologia
Conteúdos relacionados: Calorimetria
Objetivos:
 Verificar experimentalmente o equilíbrio térmico, utilizando um calorímetro.
 Determinar experimentalmente a capacidade térmica do calorímetro.
 Determinar experimentalmente os calores específicos das substâncias dos blocos utilizados.
Metodologia utilizada/descrição das atividades (anexar modelos):
Em anexo.
Avaliação/autoavaliação:
A atividade funcionou como esperado e os alunos tiveram bom desempenho. Porém devido ao reduzido número de
equipamentos os alunos precisaram formar grupos com um número de componentes maior do que seria o ideal.
Anexos:
Abaixo
Bibliografia sugerida: Física 1 (Halliday, Resnick) 4ªed.
Curso – Física-Licenciatura
Disciplina – Física IV – Termologia e Termodinâmica (4ª fase)
Professores – Adriana Marin e Bruno Leal Dias
Semestre
2013-2
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Experimento 1
Determinação da capacidade térmica de um calorímetro e do calor
específico de uma determinada substância
MATERIAL:


Calorímetro.
de Água.

Lamparina.

Telas de amianto.

Querosene.

Proveta graduada.

Balança de precisão.

Blocos dos materiais das substâncias que terão seus calores específicos determinados.
1 – OBJETIVOS:

Verificar experimentalmente o equilíbrio térmico, utilizando um calorímetro.

Determinar experimentalmente a capacidade térmica do calorímetro.

Determinar experimentalmente os calores específicos das substâncias dos blocos utilizados.
2 – INTRODUÇÃO TEÓRICA
Calorímetro: é um sistema (idealizado) fechado que não permite trocas de calor com o ambiente
semelhante à garrafa térmica. No calorímetro utilizado para esse experimento, os vasos interno e externo
são latas de alumínio, para dificultar a propagação do calor por radiação. Existe também um espaço ‘’vazio’’
entre os vazos (preenchido com ar) para dificultar trocas de calor por condução, uma vez que o ar é um bom
isolante térmico.
Capacidade Térmica: Se tomarmos um corpo de massa
retiramos dele) uma quantidade de calor
correspondente a
Define-se capacidade térmica
e temperatura inicial
, sua temperatura passa a ser
e fornecermos a ele (ou
, sofrendo uma variação
.
ou capacidade calorífica desse corpo como sendo o quociente:
02/10/2013
Ou seja, a capacidade térmica
de um corpo indica a quantidade de calor que ele precisa receber ou
ceder para que sua temperatura varie uma unidade.
Suponha, por exemplo, que um corpo precisa receber
temperatura aumente em
corpo o valor de
de energia térmica para que sua
. Dividindo esses dados, vamos encontrar para a capacidade térmica desse
. Isso significa que, para variar
, esse corpo precisa receber (ou ceder)
.
Calor específico: A capacidade térmica por unidade de massa é denominada calor específico
usualmente pela unidade
, dada
.
Supondo ainda que o corpo do exemplo anterior (que tem capacidade térmica de
de massa, seu calor específico seria igual a
) tivesse
. Para esse cálculo, dividimos sua capacidade
térmica pela respectiva massa. Note que o calor específico não depende da massa do corpo, pois é uma
característica da substância, e não do corpo. Em rigor, nem a capacidade térmica nem o calor específico de
uma substância têm valores constantes com a temperatura. No entanto, para efeito de cálculos, nesta
atividade consideraremos os valores das grandezas mencionadas como sendo constantes.
Nos cálculos, utilizaremos como dado para o calor específico da água o valor de
que cada grama de água necessita de
grau
. Isso significa
para sofrer uma variação de temperatura de um
.
A tabela a seguir apresenta o calor específico de algumas substâncias:
Tabela 1 – Lista do calor específico de algumas substâncias
Em um sistema termicamente isolado, as trocas de calor ocorrem apenas entre os seus integrantes. Assim,
toda energia térmica que sai de alguns corpos é recebida por outros pertencentes ao próprio sistema até a
obtenção do equilíbrio térmico, valendo a relação:
A equação acima é conhecida como o princípio da igualdade das trocas de calor. O somatório das
quantidades de calor cedidas por alguns corpos do sistema tem módulo igual ao do somatório das
quantidades de calor recebidas pelos outros corpos. O uso do módulo na fórmula deve-se ao fato de o calor
recebido ser positivo e o calor cedido ser negativo, podendo-se também escrever essa relação da seguinte
forma:
Para calcular a quantidade de calor sensível
que um corpo recebe (ou cede), reescrevemos a equação 2
na seguinte forma:
Essa equação é também denominada Equação Fundamental da Calorimetria.
Dessa forma, se a temperatura aumenta,
temperatura diminui,
, então
Considerando o calor específico
, então
e a quantidade de calor
e a quantidade de calor
é positiva. Se a
é negativa.
uma constante relativa à substância de que é feito o corpo, podemos
concluir que, para provocar a mesma variação de temperatura
material e massas diferentes, a quantidade de calor
em dois corpos compostos de mesmo
recebido (ou cedida) por cada um deve ser
diretamente proporcional à massa do corpo.
Figura 1 – Para que corpos constituídos de mesma substância sofram uma mesma variação de temperatura, a quantidade de calor
recebido ou cedido deve ser proporcional à massa.
Ainda levando em conta a hipótese anterior, podemos concluir que,
massa), a variação de temperatura
para
um
é proporcional à quantidade de calor
mesmo
corpo
(mesma
recebido ou cedido.
Figura 2 – Para um mesmo corpo, a variação de temperatura é proporcional à quantidade de calor recebido ou cedido por ele.
Determinação da capacidade térmica do calorímetro: para determinar a capacidade térmica do
calorímetro, utilizaremos o método das misturas. Colocaremos uma certa quantidade de água à temperatura
ambiente no interior do calorímetro que se deseja determinar a capacidade térmica e aqueceremos uma
outra quantidade de água até uma determinada temperatura. Em seguida, coloca-se a água aquecida e de
temperatura conhecida, dentro do calorímetro, misturando as duas porções de água até a obtenção do
equilíbrio térmico. Conhecendo-se também as massas de água envolvidas e utilizando as equações
podemos determinar a capacidade térmica
do calorímetro:
e
Determinação do calor específico de um determinado material: o procedimento para determinar o calor
específico que utilizaremos nessa experiência é muito semelhante ao método das misturas descrito
anteriormente. Apenas substituímos a água que se encontrava inicialmente no calorímetro à temperatura
ambiente por um bloco constituído do material que desejamos determinar o calor específico. Conhecendo
as massas do bloco, da água aquecida, bem como as temperaturas iniciais de cada um e a capacidade
térmica do calorímetro determinada anteriormente, podemos determinar o calor específico do bloco
utilizado:
3 – PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
3.1 – Determinação da capacidade térmica do calorímetro
 Utilizando a proveta, meça
de água e utilizando a balança meça a massa dessa água. Anote
os valores na tabela abaixo.
 Coloque a água no calorímetro à temperatura ambiente, agite levemente a água e anote a temperatura (
= temperatura inicial da água 1) Anote o valor desta temperatura na tabela.
 Coloque
de água (utilizando a proveta para medir) no béquer, e aqueça a água a uma tem-
peratura de
(não precisa ser exatamente este valor). Anote o valor desta temperatura
e da massa de água (
) na tabela.
 Adicione rapidamente a água aquecida à água dentro do calorímetro, tampe-o. Resfrie o termômetro
mergulhando-o em água fria, antes de introduzi-lo no calorímetro. Agite levemente a água até a
temperatura permanecer constante, isto é, até atingir o equilíbrio térmico. Anote o valor da temperatura final (
) na tabela.
 Repita a experiência, no mínimo, três vezes.
Tabela 2 –Dados para determinação da capacidade térmica do calorímetro.
4 – QUESTIONÁRIO
4.1 – Determine o valor médio da capacidade térmica do calorímetro.
4.2 – Determine o equivalente em água do calorímetro. Se necessário, pesquise sobre o conceito de
equivalente em água.
4.3 – Analise as afirmativas dadas a seguir e descubra a falsa apresentando justificativa escrita:
A) A capacidade térmica de um corpo é função de sua massa.
B) O calor sensível que um corpo recebe produz apenas variação de temperatura.
C) O calor específico é característica do material de que é feito o corpo, não dependendo da sua massa.
D) O valor da capacidade térmica de um corpo depende do material de que ele é feito.
4.4 – Dois corpos A e B, de massas diferentes, partindo de uma mesma temperatura inicial, recebem iguais
quantidades de calor. No final do processo, os corpos atingem a mesma temperatura, sem alteração no seu
estado físico. Assim, podemos afirmar que (Apresente uma justificativa):
A) Suas capacidades térmicas são iguais.
B) Seus calores específicos são iguais.
C) O corpo de maior massa tem capacidade térmica menor.
D) O corpo de menor massa tem menor calor específico.
E) A razão entre suas massas é igual a razão entre seus calores específicos.
4.5 – Num recipiente termicamente isolado e com capacidade térmica desprezível, misturam-se
água a
Dados:
com um bloco de ferro de
a
. Qual a temperatura final de equilíbrio térmico?
de