Determinação dos calores específicos do cobre, chumbo e vidro

Determinação do calor específico do Cobre (Cu), Chumbo
(Pb), e vidro utilizando um calorímetro.
TEORIA
A quantidade de calor Q que é absorvida ou libertada quando um corpo é aquecido
ou arrefecido é proporcional à variação de temperatura T e à sua massa M,
Q = c M . T
1
O factor de proporcionalidade c, o calor específico do corpo é uma quantidade que
depende apenas do material. Nesta experiência, o calor específico de vários sólidos (
Cu, Pb, vidro) vai ser determinado. Em cada caso, a massa do corpo é determinada
(m1), o corpo é aquecido com vapor de água até uma temperatura T1=100C, e depois
colocado num termos com água (água com massa m2, que se encontra a uma
temperatura inicial T2). Após se atingir o equilíbrio ( agitação mecânica) o corpo e a
água atingem uma temperatura de equilíbrio Tm por permuta de calor. A quantidade
de calor libertada pelo corpo quente:
Q1=c1.m1 (T1-Tm)
2
é igual à quantidade de calor absorvida pela água
Q2= c2 m2 (Tm-T2)
3
onde c2 e m2 são respectivamente o calor específico da água (4.186 kJ/kg.C) e a sua
massa. A Fig.1 representa esquematicamente o corpo quente à temperatura T1, a ser
lançado no calorímetro (água à temperatura T2). Após se atingir o equilíbrio, a
temperatura final é Tm.
Fig.1
T1
Tm
T2
Podemos assim determinar
c1=c2 (m2/m1) ( Tm-T2)/(T1-Tm)
4
Na realidade, o termos ( o calorímetro) também absorve algum do calor libertado pelo
corpo quente . Para o calorímetro utilizado nesta experiência, a quantidade de calor
absorvida pelo calorímetro equivale a uma quantidade de calor absorvida por uma
massa equivalente de água (mequi). Assim a expressão 3 altera-se para
Q2= c2 (m2+mequi) (Tm-T2)
5
e a expressão 4 altera-se para:
c1=c2 ((m2+mequi)/m1) ( Tm-T2)/(T1-Tm)
onde c2=4.186 kJ/(kg.C)
mequi=0.024kg
MÉTODO EXPERIMENTAL
1-EQUIPAMENTO:
1 calorímetro (termos)
2-tampa do termos com abertura para termómetro e suporte do corpo
6
3-termómetro (menor divisão da escala 0.2C)
4-balança
5-gerador de vapor
6-sistema de aquecimento do corpo por vapor
7- Cobre(mini lingotes), Chumbo( esferas) ou vidro (esferas)
8-luvas de protecção termica
2-PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Monte a experiência tal como é indicado na Fig.2
Fig.2
6
7
5
1-encha de água o recipente do gerador de vapor (5)
2-ligue os tubos ao recipiente de aquecimento (6) e ao recipiente de vidro (7)
3-encha o recipiente (6) com o material cujo calor específico c1 pretende determinartape com a rolha
4-ligue o disco de aquecimento (tenha atenção para que o tubo de libertação do vapor
não saia do recipiente de vidro). Para que o corpo a analisar atinja a temperatura do
vapor de água em ebulição (T1=100C) espere 15 a 20min ( 20 min no caso do vidro).
5-Neste intervalo de tempo meça a massa do calorimetro vazio, mc, utilizando a
balança.
6-Coloque de seguida cerca de 180 a 200ml de água no calorímetro e meça a massa
total (mc + m2). Determine a massa de água no calorímetro, m2.
7-Introduza o termómetro na tampa do calorímetro e meça a temperatura inicial da
água (T2).
8-Ao fim de 15 a 20 min de aquecimento, coloque o calorímetro com a rede para
receber o corpo a analisar ( mas sem a tampa) por baixo da saída do recipiente de
aquecimento. Abra a porta inferior do recipiente de aquecimento, deixando cair os
pedaços de Cu(Pb, Vidro) até encher a rede de recolha. De imediato, coloque a tampa
no calorímetro, e o termómetro.
9-Desligue o prato de aquecimento.
10-Vá deslocando para baixo e para cima o corpo quente no calorímetro , de modo a
homogeneizar a temperatura da mistura. Vá observando a subida da temperatura da
mistura até atingir a temperartura máxima Tm.
11-Tire a tampa do calorímetro, retire o corpo e meça a sua massa m1 (balança)( Se
tiverem caído alguns pedaços do material para fora da rede e que estejam no fundo do
calorímetro, retire estes pedaços e inclua-os na massa m1).
12-Preencha a tabela seguinte, e calcule o calor especifico do corpo c1, a partir da
expressão 6.
material
m1(g)
m2(g)
T1(C)
T2(C)
Tm(C)
C(kJ/kg.C) C(kJ/kg.C)
Repita os passos 1-12 para determinar os calores específicos dos outros materiais.
ATENÇÃO: a manipulação do gerador de vapor requer cuidado-utilize as luvas
termicas, e não deixe esgotar a água no gerador de vapor com o prato ligado.
Mantenha o tubo de saída do vapor seguro ao recipiente de vidro. NÂO SE QUEIME.
material
m1(g)
m2(g)
T1(C)
T2(C)
Tm(C)
C(kJ/kg.C) C(kJ/kg.C)
material
m1(g)
m2(g)
T1(C)
T2(C)
Tm(C)
C(kJ/kg.C) C(kJ/kg.C)
Comentários:
EXEMPLO:
Determinação do calor específico do Cu, Pb, vidro
(experiência realizada a 29 de Setembro de 2005)
Cu
Pb
vidro
m1(g)
132.8
112.0
39.6
m2(g)
188.1
181.2
186.2
T1(C)
100
100
100
T2(C)
20.2
22.6
20.6
Tm(C)
24.5
24.1
23.8
Os valores c representam valores de referência obtidos na literatura.
Paulo J.P.Freitas
29 de Setembro de 2005-09-29
C(kJ/kg.C)
0.381
0.152
0.874
C(kJ/kg.C)
0.385
0.1295
0.746