Calor Específico da Água

Calor Específico da Água
INTRODUÇÃO
O Efeito Joule consiste na dissipação de energia elétrica sob forma de energia térmica em
um condutor, no qual se estabelece uma corrente. Esse efeito tem aplicação prática, por exemplo em
aquecedores elétricos.
A energia E dissipada em um aquecedor elétrico, em um intervalo de tempo t, é dada por
E = I V t,
em que V é a tensão elétrica e I, a corrente no aquecedor, quando ambas são mantidas constantes.
A situação ilustrada na Figura 1 apresenta um calorímetro, que consiste de um recipiente
termicamente isolado que contém um aquecedor elétrico e um termômetro. O aquecedor é
alimentado com uma tensão V, estabelecendo-se, assim, uma corrente elétrica I. O calorímetro
contém uma massa m de água.
127 V
FIGURA 1 - Aquecedor ligado à rede elétrica aquecendo uma quantidade de água de massa
m
A energia transferida para o calorímetro é responsável pela elevação da temperatura T do
sistema. A quantidade de calor Q absorvida é
Q = CS ∆T,
em que CS é a capacidade térmica do sistema (calorímetro + água) e ∆T é a conseqüente variação de
temperatura. Desprezando-se a capacidade térmica do calorímetro, tem-se
CS = m c,
em que m e c são, respectivamente, a massa e o calor específico da água.
√ Demonstre que, nas condições descritas, ligando-se o aquecedor durante um certo tempo, a
temperatura da água é dada por
T = To +
IV
t,
mc
(1)
em que To é a temperatura inicial (em t = 0) e T, a temperatura medida no tempo t.
Portanto, mantendo-se V e I constantes, a temperatura do sistema cresce linearmente com o
tempo.
PARTE EXPERIMENTAL
Objetivo
•
Determinar o calor específico da água.
Material utilizado
•
Miliamperímetro, recipiente termicamente isolado, água, aquecedor, misturador, cronômetro e
termômetro.
Procedimentos
O experimento consiste em fornecer energia elétrica a um aquecedor enquanto se mede a
temperatura T da água em função do tempo t. Para isso, usa-se uma montagem como a ilustrada na
Figura 1. O aquecedor é ligado diretamente à rede elétrica.
•
Meça a temperatura inicial da água. Ligue o circuito e inicie a medida de tempo
simultaneamente; anote o valor da corrente no circuito. Obtenha valores da temperatura da água
em função do tempo até cerca de 10 oC acima da temperatura inicial. Durante o processo,
misture levemente a água, para garantir uma homogeneidade na temperatura. Construa um
gráfico T versus t.
•
Tendo como base a equação 1, utilize o processo de regressão linear para obter o calor
específico da água e sua temperatura inicial. Considere 1,00 cal = 4,18 J.
√ Que alteração se poderia esperar na medida do calor específico da água se a capacidade térmica
do calorímetro não tivesse sido desprezada?