CENTRO UNIVERSITÁRIO CESMAC FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
RELATÓRIO DE EXPERIMENTO EM LABORATÓRIO CAPACITOR DE PLACAS PARARELAS E SUA CAPACITÂNCIA
MACEIÓ 2012
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO...........................................................................................................................3 2. OBJETIVOS................................................................................................................................5 3. DESENVOLVIMENTO..............................................................................................................6 3.1. MATERIAIS UTILIZADOS...............................................................................................6 3.1. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL...............................................................................6 3.3. RESULTADOS E DISCUSSÕES.......................................................................................6 4. CONCLUSÃO.............................................................................................................................8 5. REFERÊNCIAS...........................................................................................................................9
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1. INTR INTROD ODUÇ UÇÃO ÃO
Quan Qu ando do coloc colocam amos os em cont contat atoo corpo corposs com com temp temper erat atura urass difer diferent entes, es, ocorr ocorree transferência de energia do corpo de maior temperatura para o corpo de menor temperatura até que eles entrem em equilíbrio térmico. A esta transferência de energia damos o nome de calor. Porta Portant nto, o, calo calorr é uma uma das das forma formass de tran transfe sferên rênci ciaa da energ energia ia.. Este Este fato fato foi compro comprova vado do experimentalmente em 1843, por James Prescott Joule. Em meados do século XVIII se tinha observado que corpos de mesmo material, material, mas com massas diferentes, necessitam de quantidades de energia diferentes para sofrerem uma mesma variação de temperatura. Por exemplo, considere um copo com água a 20°C e uma saladeira cheia de água também a 20°C. Será necessário um tempo muito mais longo para aquecer a água da saladeira até 50°C do que para elevar a temperatura da água do copo, também até 50°C, se utilizarmos a mesma chama de gás, isto é, será necessária uma maior quantidade de energia para provocar a mesma variação de temperatura no corpo de maior massa.
CAPACIDADE TÉRMICA
Capacidade térmica ou capacidade calorífica é a grandeza física que determina o calor que é necessário fornecer a um corpo para produzir neste uma determinada variação de temperatura. Ela é medida pela variação da energia interna necessária para aumentar em um grau a temperatura de um material. Ela é dada como a razão entre a quantidade de calor e a variação de temperatura:
C =
Q ∆T
A unidade usada no SI é J/K (Joule por Kelvin).
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A capacidade térmica caracteriza o corpo, e não a substância que o constitui. Dois corpos de massas e de substâncias diferentes podem possuir a mesma capacidade térmica. Dois corpos de massas diferentes e de mesma substância possuem capacidades térmicas diferentes. A grandeza que caracteriza uma substância é o calor específico. A capacidade calorífica está também relacionada com as interações intermoleculares, a estabilidade de uma fase, a condutividade térmica e a capacidade de armazenar energia.
CALOR ESPECÍFICO
Calor específico é uma grandeza física que define a variação térmica de determinada substância ao receber determinada quantidade de calor. Também é chamado de capacidade térmica mássica. É constante para cada substância em cada estado físico. Pode-se dizer que o calor específico caracteriza uma substância (em determinado estado físico). A unidade no SI é J/(kg.K) J/(kg.K) (joule por quilogramas quilogramas e por Kelvin). Kelvin). Uma outra unidade mais usual para calor específico é cal/(g.°C) (caloria por grama e por grau celsius). É possível calcular o calor específico de uma substância (c) a partir da capacidade térmica de um corpo composto por ela (C) e da massa desse corpo (m).
c=
C m
Também é possível determinar o calor específico de uma substância a partir da quantidade de calor cedida a um corpo dessa substância (Q), da massa desse corpo, e da variação térmica (ΔT) que ele sofre (temperatura final - temperatura inicial).
c=
Q m∆T
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2. OBJE OBJETI TIVO VOS S
Determinar a capacidade térmica de um calorímetro a partir da troca de calor entre duas amostras de uma mesma substância.
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3. RELATÓ RELATÓRIO RIO DESCRI DESCRITIV TIVO O 3.1. 3.1. MATE MATERI RIAI AIS S UTIL UTILIZ IZADO ADOS S
100 mL de água, sendo 60 mL de água quente (a 70ºC) e 40 mL de água fria (à 10º);
02 Bequeres;
01 Proveta;
01 Recipiente de poliestireno expandido (EPS) de 120 mL de capacidade;
01 Multimetro digital da marca Minipa, modelo ET-2076, com medição de temperatura.
3.2. 3.2. PROC PROCEDI EDIME MENTO NTO EXPE EXPERI RIME MENTA NTAL L
Antes da realização do experimento, foi obtida água quente, previamente aquecido no fogo e resfriado resfriado no bequer a 70ºC, e água fria, obtida de um bebedouro e aquecida aquecida naturalmente naturalmente até atingir a marca de 10 ºC. Foram adicionados no recipiente de EPS 60 mL de água quente e 40 mL de água fria, ambos os volumes medidos na proveta. Após a mistura no recipiente de EPS, foi introduzido o cabo de prova para medir a temperatura, para realização dos cálculos para obter a capacidade calorífica do calorímetro.
3.3. 3.3. RESU RESULT LTAD ADOS OS E DISC DISCUS USSÕ SÕES ES
Após a mistura das substâncias no recipiente de EPS, a temperatura medida no seu interior foi de 42ºC. Considerando que a massa específica da água é de 1g/cm³, converte-se os volumes (mL) em massa (g), utilizando uma regra de três simples:
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1 g H 2 O
1mL H 2 O
1 g H 2 O
1mL H 2 O
x
40mL H 2 O
x
60mL H 2 O
x = 40 g H 2 O
x = 60 g H 2 O
Obtido a massa específica, pode-se calcular a quantidade calor trocada pelas duas massas da água, conforme os cálculos abaixo:
Q1
=
m1 c H 2O ( T F − T I 1 )
=
( 40 g )(1cal / g °C )(42°C − 10°C )
Q2
=
m2 c H 2O ( T F − T I 2 )
=
(60 g )(1cal / g °C )(42°C − 70°C )
∆Q =
Q1
−
Q2
= 1.280cal
= 1.680cal
= 1.280cal − 1.680cal = −400cal
A variação do calorímetro foi dada por T F − T I 1 , que calculado, foi obtido uma variação temperatura de 32ºC. Com esses dados, finalmente obtém-se a capacidade térmica do calorímetro através do seguinte calculo:
C =
∆Q ∆T
=
− 400cal
32°C
= −12,5cal / °C
Convert Conv ertend endoo para para o Sistema Sistema Interna Internacio cional nal de Medida Medidas, s, conside considerand randoo que a cada 1cal/°C é equivalente a 4,18 KJ/K, calcula-se uma regra de três simples:
1cal / °C
4,18 KJ / K
− 12,5cal /º C
x
x = −52,25 KJ / K O valor negativo da capacidade térmica se deve a quantidade de calor cedido da água ao recipiente.
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4. CONC CONCLU LUSÃ SÃO O
Com base nos resultados obtidos durante os experimentos realizados, pode-se usar a capacidade calorífica para relacionar a variação de temperatura provocada no calorímetro.
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5. REFE REFERÊ RÊNC NCIA IAS S
HALLIDAY, David et al. Fundamentos de Fisica – Vol.2 – Gravitaçao, Ondas, Termodinâmica – 8ª Edição. Rio de Janeiro, Ed. LTC – 2003; – Universidade Federal do Rio Grande do Sul – Acesso feito em 16 de junho de 2012;
