Determinação da Capacidade Térmica de um Calorímetro

Departamento de Física e Química – Curso de Física
Laboratório de Competências Experimentais II
Determinação da Capacidade Térmica de um Calorímetro
1 - Introdução
Podemos definir calor como sendo a energia que é trocada entre dois sistemas em virtude de existir entre
eles uma diferença de temperatura. Esta transferência ocorre basicamente de duas maneiras: radiação e/ou
contato. O que acontece ao corpo que perde energia? E ao que ganha? O calor flui rápida ou lentamente?
Em nosso dia a dia conseguimos perceber uma variedade de acontecimentos ligados a estas questões (Você
seria capaz de enumerar alguns deles?). Procuraremos nas práticas seguintes, determinar algumas
propriedades relacionadas às questões acima formuladas.
Sabe-se que, um corpo, ao receber (ou perder) calor (Q) sofre uma variação de temperatura (T)
inversamente proporcional à sua massa (m); e sabe-se também que quanto maior a quantidade de calor recebida
(ou perdida), maior será a variação de temperatura. Resta a questão, e a existência de diferentes materiais,
como eles influenciam o comportamento dos corpos nestes casos? A propriedade que relaciona a variação
de temperatura com a quantidade de calor trocada em diferentes materiais chama-se calor específico (c) (Você
consegue entender o seu real significado?). As quatro grandezas acima citadas relacionam-se algebricamente
da forma:
T 
Q
(I)
mc
ou mais normalmente sobre a forma:
Q  mcT
(II)
Quando temos um corpo e não sabemos o material (ou substância) que é feito ou se este corpo é feito da
soma de vários materiais, a variação de temperatura se relaciona com o calor trocado através da equação :
Q  CT (III)
onde C é a capacidade térmica do corpo (não da substância).
Ao realizarmos experiências que envolvem troca de calor e conseqüentemente variação de temperatura,
temos de ter cuidado em determinarmos realmente quem cede calor, quem recebe, e em qual quantidade. Para
isso é necessário um equipamento que idealmente permitiria a troca de calor apenas entre os sistemas (ou
objetos) estudados, sem que o mesmo absorvesse qualquer quantidade de calor. Na verdade este equipamento
isola, o máximo possível, o ambiente externo dos objetos estudados, e ao fazê-lo deverá absorver o mínimo de
calor e, igualmente, variar minimamente sua temperatura (por quê ?). Este equipamento chama-se calorímetro e
dele normalmente sabemos, ou então determinamos, sua capacidade térmica. Uma vez conhecida, poderemos
utilizá-lo para determinar o calor específico de qualquer substância.
Leia o roteiro antes de iniciar a prática para ter certeza das grandezas a medir bem como dos
procedimentos a serem tomados.
Procuraremos aqui determinar a capacidade térmica de um calorímetro. Para tanto utilizaremos uma
determinada quantidade de água (~ 0,400 Kg) e a despejaremos no calorímetro. Com um termômetro medimos a
temperatura do sistema (água + calorímetro). Após garantir que o sistema atingiu o equilíbrio térmico (~5 minutos),
anote a temperatura encontrada. A tampa do calorímetro possui uma resistência elétrica que será utilizada como
fonte de calor. A corrente a ser aplicada à resistência não deverá ultrapassar 950 mA (devido a instabilidades, a
fonte pode desligar e perde-se assim um bom tempo).
2- Procedimento Experimental








01 fonte universal
01 calorímetro mod. DFQ
01 termômetro
01 becker de 500 ml
01 dispositivo de aquecimento elétrico
01 miliamperímetro
01 voltímetro
05 fios de ligação
A energia fornecida pela resistência é expressa por :
Q  Vit
(IV)
Onde V é a diferença de potencial nos terminais da resistência, i é a corrente que atravessa a resistência
e t é o intervalo de Tempo que deixamos o sistema ligado. Ao ligar o sistema ajuste a corrente para o valor
determinado, e monitore constantemente os valores de V e i (poderão ocorrer pequenas oscilações mas que não
comprometerão de todo o experimento). Periodicamente agite suavemente a água e anote a sua temperatura
após 5,10,15, 20, 25 e 30 minutos.
Δt
(minutos)
V (volts)
I (ampère)
Q (joule)
ΔT (oC)
5
10
15
20
25
30
A troca de calor envolvendo o sistema expressa-se por:
Q  mcT  CT
(V)
Onde m é a massa de água e c seu calor específico (4,18 x 103 J/Kg). De posse dos valores medidos:
1) Faça um gráfico do calor fornecido Q em função da variação da temperatura T;
2) Utilizando regressão linear determine a capacidade térmica do calorímetro;
3) Compare o valor encontrado com seus colegas e discuta as possíveis causas das diferenças encontradas
(se é que houve diferenças).
Referências Bibliográficas:
HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; KRANE, K.S. Física. Rio de Janeiro: LTC, 1996, v.2.
HEWITT, P.G. Física conceitual. Reading: Addison-Wesley, 1998.
SEARS, F.W.; ZEMANSKY, M.W. Física. Brasília: Universidade de Brasília, 1973, v.2.
Palavras-Chave para Tema 03:
1. Inversão térmica
2. Brisa marítima e brisa terrestre
3. Condutores e isolantes
4. Lei de resfriamento de Newton