Departamento de Matemática e Ciências

Departamento de Matemática e Ciências Experimentais
Física e Química A – 10.º Ano
Atividade Prático-Laboratorial – APL 1.3 Física
Assunto: Capacidade térmica mássica
Questões-problema
- Porque é que no Verão a areia fica escaldante e a água do mar não?
- Porque é que os climas marítimos são mais amenos do que os continentais?
Objetivos da atividade
Nesta atividade, pretende-se compreender as transferências de energia ocorridas entre sistemas a
diferentes temperaturas e as grandezas físicas relacionadas com os valores de energia transferidos.
Pretende-se igualmente efetuar um balanço energético das referidas transferências energéticas com base
na Lei da Conservação da Energia.
Introdução
A quantidade de energia que se fornece a materiais diferentes, de modo a provocar-lhes a mesma
elevação de temperatura, depende da constituição desse material.
Por isso, há materiais que aquecem e arrefecem mais ou menos do que outros, quando se lhes fornece
a mesma quantidade de energia, durante o mesmo intervalo de tempo.
Isto significa que cada material é caracterizado por uma grandeza física que está relacionada com a
capacidade que esse material tem para absorver ou ceder energia. Essa grandeza designa-se por
capacidade térmica mássica e representa-se pela letra c.
Define-se como sendo a quantidade de energia que é necessário fornecer a 1 kg de qualquer material,
de modo que a sua temperatura se eleve de 1 °C ou 1 K.
O comportamento térmico de um material está relacionado com o valor da sua capacidade térmica
mássica:
 e o seu valor for elevado, a quantidade de energia envolvida no aquecimento e no arrefecimento desse
material também é elevada;
 se o valor da capacidade térmica mássica for baixo, a quantidade de energia necessária para que o
material aqueça e arrefeça também é baixa.
O valor da capacidade térmica mássica de um material (por exemplo, um
metal ou uma liga metálica) pode determinar-se, experimentalmente, utilizando
blocos calorimétricos.
Estes blocos dispõem de orifícios que permitem introduzir uma resistência
de aquecimento e um termopar.
A quantidade de energia transferida como calor para os blocos calorimétricos pode ser relacionada com
a capacidade térmica mássica através da expressão matemática seguinte:
Q  m  c  
(1)
Como:
P
De (1) e (2) obtemos:
E
t
em que
c
Q=E
(2)
P

m
t
1
O traçado do gráfico  = f(t) permite
determinar o declive da reta obtida e,
consequentemente, a capacidade térmica
mássica do material.
Para isso, é necessário saber a potência
elétrica fornecida ao circuito efetuando
leituras
dos
valores
da
diferença
de
potencial nos terminais da resistência e dos
valores da intensidade da corrente que
atravessa o circuito elétrico.
O
conhecimento
dos
valores
da
capacidade térmica mássica dos materiais alumínio, latão e cobre permite verificar as propriedades
específicas destes materiais relativamente ao aquecimento.
Material necessário
 Balança
 Conjunto de blocos calorimétricos (latão,
alumínio e cobre)
 Resistência de aquecimento
 Termómetro ou sensor de temperatura
 Amperímetro
 Voltímetro
 Fonte de alimentação
 Cronometro
 Interruptor
 Fios de ligação
 Glicerina
Procedimento experimental
1. Montar o circuito elétrico com uma fonte de alimentação, um voltímetro em paralelo com a
resistência de aquecimento, um amperímetro e um interruptor.
2. Usar glicerina dentro dos blocos calorimétricos para facilitar o contato térmico com o bloco, quer da
resistência elétrica quer do termopar.
3. Introduzir no bloco calorimétrico de latão a resistência de aquecimento e fechar o interruptor.
4. Fazer leituras da temperatura, de minuto a minuto (durante 10 minutos), e registar, numa tabela, os
valores da intensidade da corrente e da diferença de potencial nos terminais da resistência.
5. Após os 10 minutos desligar o interruptor e continuar a medir o tempo até que a temperatura do
bloco estabilize e anote também esses valores.
6. Repetir o procedimento experimental, para os outros dois blocos.
2
Registo dos resultados obtidos
Massa do Latão: ____________ Massa do Alumínio: ____________ Massa do Cobre: ____________
Temperatura (⁰C)
Intensidade da corrente (A)
Diferença de potencial (V)
Latão
Alumínio
Cobre
Latão
Alumínio
Cobre
______
______
______
______
______
______
Tempo (s)
Latão
Alumínio
Cobre
60
120
180
240
300
360
420
480
540
600
Valores médios de I e U dos blocos

Discussão e conclusões
1. Para cada um dos blocos calorimétricos, traçar os gráficos no programa Excel dos valores da
temperatura em função do tempo.
2. Determinar para cada uma das situações, tendo em conta os algarismos significativos:
2.1. o declive dos respetivos gráficos obtidos;
2.2. a potência fornecida ( P  U  I ) ao circuito elétrico;
2.3. a capacidade térmica mássica de cada material, através da expressão matemática:
3. Consultar uma tabela de capacidades térmicas mássicas e comparar os valores tabelados com
os valores experimentais obtidos.
4. Calcular o erro na determinação da capacidade térmica mássica de cada um dos materiais.
5. Problema: Supor que se tem duas cafeteiras com igual massa: uma de alumínio e outra de latão.
As cafeteiras contêm a mesma massa de água e são aquecidas durante o mesmo intervalo de
tempo no mesmo disco do fogão. Em qual das duas cafeteiras a água aquece até uma temperatura
mais elevada? Justificar a resposta.
6. Responder às questões-problema.
r % 
c tab  c exp
c tab
 100
3
4
Prof. Luís Perna
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