Laboratório de Física 2 Experimento

Ministério da Educação
UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO
PARANÁ
Campus Londrina
Laboratório de Física 2
Prof. Sidney Alves Lourenço
Curso: Engenharia de Materiais
Grupo: --------------------------------------------------------------------------------------------------
DETERMINAÇÃO DO CALOR ESPECÍFICO DE SÓLIDOS
Experimento - 10
---------------------------------------------------------------------------------------------1. Introdução
Quando dois corpos com temperaturas diferentes entram em contato (direto ou não)
este sistema tende a chegar ao equilíbrio através de um fluxo de calor. A noção de calor é
também útil em outras situações na descrição de fenômenos térmicos. Como o calor é uma
forma de transferência da energia, podendo assim ser medido em unidades de energia como
o joule. Entretanto, historicamente foi adotado uma unidade independente de quantidade de
calor, a caloria, cujo uso persiste até hoje. A caloria é definida atualmente como a
quantidade de calor necessária para elevar de 14,5 oC a 15,5 oC a temperatura de 1g de
água. A conexão entre estas duas unidades se dá pelo equivalente mecânico da caloria: 1cal
= 4,18 J.
A quantidade de calor necessária para elevar de um grau a temperatura de 1g de
o
uma substância qualquer, chama-se calor específico c. A unidade para c é cal/g C. Pela
o
o
o
definição de caloria, o calor específico da água entre 14,5 C e 15,5 C é c = 1 cal/g C. O
o
calor específico varia geralmente com a temperatura. Por exemplo, no intervalo entre 0 C e
o
o
1 C, o calor específico da água é 1,008 cal/g C; na prática, podemos desprezar tal variação.
Se tivermos m gramas de uma substância pura de calor específico c, a quantidade de
calor ΔQ necessária para elevar sua temperatura de ΔT é:
∆Q= m.(c).(∆T)
o
onde C = mc chama-se capacidade térmica da amostra considerada, cuja unidade é cal/ C.
A capacidade térmica de um sistema formado de m1 gramas de uma substância de calor
específico c1, m2 de calor específico c2, etc...., é:
C = m1c1 + m2c2 + ...
Suponhamos que uma amostra A de uma massa mA de uma substância de calor específico
cA, aquecida a uma temperatura TA, é mergulhada dentro de uma massa m de água, de calor
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específico c, contida num recipiente de paredes adiabáticas e de capacidade térmica C. A
água e o recipiente estão inicialmente à temperatura Ti < TA. Após estabelecer-se o
equilíbrio térmico, o sistema atinge a temperatura Tf, medida pelo termômetro. Como as
paredes adiabáticas não permitem trocas de calor com o exterior, a quantidade de calor ΔQ
= ma ca (TA- Tf) perdida pela amostra é inteiramente cedida à água [mc (Tf-Ti)] e ao
recipiente [C(Tf - Ti)], ou seja:
mA cA (TA - Tf) = (mc + C) (Tf - Ti)
(1)
Observações:
i) A fórmula (1) permite achar ao calor específico cA , caso a capacidade térmica C, o calor
específico c e as massas sejam conhecidas.
No presente experimento vamos obter o calor específico de alguns materiais usando
um calorímetro (recipiente de paredes adiabáticas).
2. Método
- Deixar a balança eletrônica ligada para se medir a massa da água e a massa dos objetos
que se deseja obter o calor específico.
- Utilizar o aquecedor elétrico para aquecer o material o qual de deseja obter o calor
específico. OBS Para isto aqueça uma porção de água contendo o material em seu interior
até a temperatura de aproximadamente 70 oC.
- O experimento consiste em misturar certa quantidade de água fria (temperatura ambiente)
com o objeto, a maior temperatura, a ser obtido o calor específico. O importante é que antes
da mistura a temperatura esteja em equilíbrio e no final também (descontando a taxa normal
de perda de energia para o ambiente).
(2)
QAF  QM  Qcalorimetro  0
(3)
m AF c A (TEq  TAF )  mM cM (TEq  TQ )  Ccalorím (TEq  TCalorím )  0
Tabela 1. Valores dos dados coletados no experimento. Onde, mAF é a massa da agua fria, mM a
massa do material, T(Calorí) a temperatura do calorímetro, Tempo é o tempo para atingir o equilíbrio
térmico, TMQ é a temperatura do objeto de massa M na temperatura quente, TAF é a temperatura da
agua fria e Ccalorím é a capacidade térmica do calorímetro. Material A
mAF
Tempo
TAQ
TAF
Ccalori
cM
mM
T(Calorí)
(oC)
(s)
(oC)
(oC)
(cal/oC)
(cal/goC)
(g)
(g)
70
70
65
65
60
60
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Tabela 2. Valores dos dados coletados no experimento. Onde, mAF é a massa da agua fria, mM a
massa do material, T(Calorí) a temperatura do calorímetro, Tempo é o tempo para atingir o equilíbrio
térmico, TMQ é a temperatura do objeto de massa M na temperatura quente, TAF é a temperatura da
agua fria e Ccalorím é a capacidade térmica do calorímetro. Material B
mAF
mM
T(Calorí)
Tempo
TAQ
TAF
Ccalori
cM
(g)
(g)
(oC)
(s)
(oC)
(oC)
(cal/oC)
(cal/goC)
70
70
65
65
60
60
§
Ccalori. É a capacidade térmica do calorímetro, obtida no experimento anterior.
- No final da aula, se pode calcular o desvio padrão das N medidas feitas pelos grupos e
assim padronizar um valor para o calor específico do material.
- Quais são os materiais A e B?
ATENÇÃO: Este experimento envolve o uso de aquecedor de água e o
manuseio de objetos metálicos quentes. Trabalhe cuidadosamente.
Referências bibliográficas:
1) Halliday, David; Resnick, Robert; Walker, Jearl. Fundamentos de Física. Vol. 2 –
Gravitação, Ondas e Termodinâmica, 8a Edição. Livros Técnicos e Científicos, 2009.
2) NUSSENZWEIG, H. MOYSES - “Física Básica” – vol. 2 – 2a edição – Editora Edgard
Blücher Ltda, São Paulo, 1981
3) Sears, Francis; Young, Hugh D.; Freedman, Roger A.; Zemansky, Mark W.; Física II –
Termodinâmica e Ondas, 12a Edição, Addison Wesley, 2008.
4) Tipler, Paul A. Física: para Cientistas e Engenheiros – Vol. 2, 824 pp., 5a Edição. Livros
Técnicos e Científicos, 2006.