Prática 5 - Calorimetria
Até o final do século XVIII haviam duas correntes dominantes: os que
acreditavam que o calor que se transferia de um corpo mais quente para outro
mais frio se fazia através de uma substância chamada calórico (Lavoisier era um
deles) e os que acreditavam que o calor era oriundo das vibrações das moléculas
(Newton, Joule).
Verificou-se que, se existisse o calórico, ele não poderia ter massa, pois
dois corpos quaisquer que trocassem calor não alteravam suas respectivas
massas. Pior ainda, o calórico deveria ser inesgotável, pois o calor à vontade
podia ser gerado por atrito. Em meados do século XIX a ideia do calórico foi
abandonada.
Definição: 1 caloria é a quantidade de calor necessária para elevar de
para
um grama de água.
Ainda hoje muitos alimentos e popularmente se comete o erro de classificar
alimentos em calorias quando, na verdade, a unidade desta classificação é
quilocaloria.
O Equivalente Mecânico da Caloria
Joule demonstrou que o calor é uma forma de energia
Capacidade Térmica C
É a quantidade de calor
corpo qualquer
necessária para aumentar de
a temperatura de um
Vemos que a capacidade térmica é uma grandeza que depende do tamanho do
corpo. Assim se injetarmos, digamos, 2000 cal em 1 kg de água inicialmente a
, elevaremos sua temperatura para
, ao passo que se a massa de água
for de 2 kg sua temperatura elevará para
. Para se evitar dependência com a
massa, define-se o calor específico.
Calor Específico c
1
Em geral, o calor específico é função da temperatura
. Em alguns casos,
num certo intervalo de temperatura, podemos considerar o calor especifico
constante e independente da temperatura.
Tanto a capacidade térmica quanto o calor específico dependem de como se
transfere calor para mudar a temperatura de um corpo: a pressão ou volume
constante. Temos então
Por convenção
e (
) se calor entra (sai) do sistema e está
relacionado com a 1ª. Lei da termodinâmica.
Calor Latente L
Quando temos uma transição de fase, o sistema transiciona com temperatura
constante. Por exemplo, se temos
kg de água a 100 e continuamos a injetar
calor, esse calor será usado para evaporar a água – a temperatura só subirá acima
de 100 depois que toda a água evaporou. Definimos então o Calor Latente de
Vaporização L
para a água
2
Calorímetro
É um recipiente termicamente isolado que nos permite determinar o calor
específico de uma substância. Em geral, uma das substâncias está no estado
líquido (para termalizar o sistema). Se o calorímetro tem capacidade térmica e
contiver, inicialmente, corpos de massas , calor específico , calor latente
(caso o corpo tenha sofrido alguma transição de fase) e temperaturas iniciais ,
então, após o equilíbrio térmico, no calorímetro com temperatura final
O calorímetro que usaremos é composto de um copo de Alumínio, um
isolamento térmico e termômetro.
Avisos Importantes:
1) Pese o copo de Alumínio
, enquanto ele está seco.
2) Os aquecedores devem ser ligados em 220 V. Tomem cuidado !!
3) É obrigatório o uso das Luvas Térmicas para manusear o Becker !!!
Experimento 1 – Determinação da Capacidade Térmica do Calorímetro
Use gelo (aquecedor) para, num Becker com água, esfriá-la um pouco abaixo
(acima) da temperatura ambiente.
- Coloque, num Becker, aproximadamente
de água a cerca de
abaixo da temperatura ambiente. Coloque a água no Calorímetro e feche o
Calorímetro. Espere um tempo e meça a temperatura inicial de equilíbrio .
- Coloque, num Becker, aproximadamente
de água a cerca de
acima da temperatura ambiente. Anote a temperatura
e coloque a água no
calorímetro.
- Espere o equilíbrio e meça a temperatura final
3
- Determine a capacidade térmica do Calorímetro
- Compare
com o valor com
Experimento 2 – Determinação do Calor Específico de um Metal
- Pese a massa do metal
.
- Coloque, num Becker, aproximadamente
de água a cerca de
abaixo da temperatura ambiente. Coloque a água no Calorímetro e feche o
Calorímetro. Espere um tempo e meça a temperatura inicial de equilíbrio .
- Aqueça o metal num Becker com água até o ponto de ebulição da água (cuidado
), retire o metal (não use a mão) e o coloque dentro do Calorímetro.
Espere o equilíbrio e meça a temperatura final
- Determine o calor específico do metal
Experimento 3 – Determinação do Calor Latente de Condensação da água
- Coloque, num Becker, aproximadamente
de água a cerca de
abaixo da temperatura ambiente. Coloque a água no Calorímetro e feche o
Calorímetro. Espere um tempo e meça a temperatura inicial de equilíbrio .
- Pese tudo: Calorímetro + água =
- Aqueça a garrafa com água até ela esteja em ebulição
.
- Usando Luvas térmicas (Cuidado !!), encaixe o sistema no Calorímetro.
4
- Quando a leitura do termômetro do calorímetro estiver em cerca de
,
desacople o sistema, feche o Calorímetro e espere o equilíbrio. Meça a
temperatura final .
- Pese tudo: Calorímetro + água =
- A massa de água condensada será
- Determine o Calor de Condensação da água:
5