UNIVERSIDADE FEDERAL DO SUL E SUDESTE DO PARÁ FACULDADE DE ENGENHARIA DE MATERIAIS CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
CALORIMETRIA
Fabio Silva Lima Luan Vitor Pereira de Sousa
Marabá/PA Setembro/2017
Fabio Silva Lima Luan Vitor Pereira de Sousa
CALORIMETRIA
Relatório
da
prática
experimental
de
calorimetria, realizada em setembro de 2017, da disciplina Física Geral II,turma E01, ministrada pelo Prof. Dr. José Elisandro deAndrade, na Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará.
Marabá/PA Setembro/2017
ÍNDICE
1. Fundamentação teórica...............................................................................04 2.Objetivos.......................................................................................................05 3. Materiais e métodos.....................................................................................05 4. Resultados e discussões..............................................................................06 5. Conclusão.....................................................................................................07 6. Bibliografia....................................................................................................07
1. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Considerando dois corpos com temperaturas distintas entrando em contato os mesmos tenderão ao equilíbrio através do fluxo de calor. Calor é uma forma de transferência da energia, sendo a mesma definida como a quantidade necessária de calor para elevar de 14,5 ºC a 15,5 ºC a temperatura de 1g de água, por conversão 1cal é igual a 4,18 J. Chama-se calor especifico c a quantidade necessária de calor para elevar de um grau a temperatura de 1g. Para a água no intervalo de 0 ºC a 1 ºC o calor especifico é de 1,008 cal/gºC. Tendo m gramas de calor especifico c de uma substancia pura, o calor ∆Q necessário para aumentar sua temperatura ∆t é:
(Eq.1)
Onde, ∆Q: quantidade de calor [cal ou J]
m: massa da substancia [g ou kg] c: calor específico [cal/g*ºC ou J/kg*ºC] ∆t: variação da temperatura [ºC ou K]
A capacidade térmica C é o produto da massa m pelo calor especifico c e a unidade de medida é o cal/ºC. Suponha uma amostra A de massa mA e de calor especifico cA, a mesma é aquecida a uma temperatura TA, é imersa em uma massa m de água com calor especifico c, o recipiente possui capacidade térmica C e é adiabático. Inicialmente a temperatura Ti
(Eq.2)
2. OBJETIVO
A partir do experimento, temos como objetivo determinar a capacidade térmica C de um calorímetro, além de verificar como ocorre o fenômeno do equilíbrio térmico de um sistema.
3. MATERIAIS E MÉTODOS 3.1 MATERIAIS UTILIZADOS Para a realização do experimento, foram utilizados os seguintes materiais: 1. 2. 3. 4. 5.
Calorímetro Béquer Balança ou Proveta Termômetros Água Quente e Fria
3.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Durante o experimento foi utilizado 50ml de água fria, que armazenada em um béquer, foi pesada utilizando uma balança digital. Após a pesagem a água foi transferida para um calorímetro, que em seguida teve sua temperatura medida com um termômetro. Logo após, 50ml de água quente foi transferida para o béquer e pesada com a balança digital, onde depois foi aferido sua temperatura ainda no béquer com um termômetro. Feito todo esse processo, o próximo passo foi fazer a mistura da água quente com a água fria no calorímetro, onde o objetivo foi medir a temperatura resultante gerada pelo equilíbrio térmico entre as diferentes temperaturas da água. Realizando todos os procedimentos acima duas vezes, obtivemos os seguintes resultados: Massa de água fria (g) Temperatura da água fria + calorímetro (ºC) Massa de água quente (g) Temperatura da água quente (ºC) Temperatura final do sistema (ºC)
#1 20 28 25 44 37
#2 26 27 25 47 37
Tabela 3.1: Resultados experimentais
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES Após a realização do experimento, e a partir dos dados obtidos, foi determinado a capacidade térmica do calorímetro através de duas medições. Através da Equação (1) foi possível obter a capacidade térmica do calorímetro, em que:
Assumindo que a capacidade térmica da água é de 1cal/°C temos:
Em que:
= é o calor recebido pelo calorímetro água fria (cal). = é o calor recebido pela água fria (cal); = é o calor perdido pela água quente (cal);
Onde:
( ) ( ) ( ) Substituindo os valores da coluna #1 que se encontra tabela 5.1 temos:
Após a repetição do experimento obtivemos os valores da coluna #2 na tabela 5.1. Aplicando esses valores na equação temos:
Logo a capacidade térmica do calorímetro é dada pela média dos dois resultados encontrados, portanto:
̅ ̅
5. CONCLUSÃO A reprodução da experiência de capacidade térmica mostrou como os conceitos teóricos podem ser assimilados na pratica a partir da variação de temperatura entre substancias. Entendemos que substancias iguais como a água, porém em condições distintas de temperatura, possuem quantidade de calor completamente diferente. Enquanto uma substancia fornece calor a outra ganha, tornando ambas diferentes quando nos referimos a quantidade de calor.
6. BIBLIOGRAFIA HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Termodinâmica. 8 ed. Rio de Janeiro: LTC, 2009.
Fundamentos
de
Física:
