UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS
DEPARTAMENTO DE FÍSICA E QUÍMICA
FIS313
1º SEMESTRE 2011
EXPERIÊNCIA 2: CALOR ESPECÍFICO DOS SÓLIDOS
1. OBJETIVOS
Após concluir este trabalho, o estudante será capaz de:
Perceber as trocas de calor envolvidas num processo termodinâmico
Entender o princípio de funcionamento de um calorímetro
Determinar o equivalente-água do calorímetro
Determinar o Calor Específico de corpos sólidos
2. MATERIAL UTILIZADO
água
aquecedor de imersão
Termômetro de -10 a 110 oC
Corpos de prova: Alumínio e Cobre
Becker de 250 ml
Balança
Calorímetro com agitador
cronômetro
3. INFORMAÇÕES TEÓRICAS
3.1 Calor específico e Capacidade Calorífica
Uma das formas de se aumentar a temperatura de um corpo homogêneo é fornecer calor a
ele. A quantidade de calor Q, necessária para aumentar de
a temperatura de um corpo é
proporcional à massa m desse corpo e a
:
Q = m.c.
onde c é o calor específico do material que constitui o corpo. c é característico de cada material e
é função da temperatura, embora possa ser considerado constante em intervalos bastante
grandes.
O produto da massa de um corpo homogêneo pelo calor específico da substância que o compõe é
a sua capacidade calorífica C = m.c.
3.2 Equivalente – Água de um Corpo
A capacidade calorífica de um corpo permite estabelecer uma relação de proporcionalidade direta
entre o calor cedido, ou retirado, de um corpo e a variação de temperatura do mesmo no
processo. No entanto ele só é útil quando o corpo é homogêneo, isto é, constituído de um só
material.
No entanto, por definição, o calor específico da água, expresso em cal.g-1.oC-1, é igual a 1. Logo a
capacidade térmica de uma massa m de água é numericamente igual a m. Vemos então que
podemos associar uma massa m de água, expressa em g, a uma capacidade térmica C de um corpo
qualquer, chamada equivalente-água do corpo.
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Este conceito é útil quando temos, num processo termodinâmico, corpos constituídos por muitos
materiais, inviabilizando a determinação de sua capacidade calorífica. Um exemplo é o calorímetro
a ser utilizado nesta experiência.
3.3 Conservação de Calor em Sistemas Isolados
Durante a experiência, o sistema termodinâmico em análise, estará contido no interior do
calorímetro, que atua como um recipiente que isola o sistema do ambiente. Tem-se assim um
sistema fechado onde pode ser aplicada a conservação de energia, na forma da primeira lei da
Termodinâmica:
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Caracterize os instrumentos de medição, completando assim a TABELA 1
4.1. Determinação do Equivalente-Água do Calorímetro
O procedimento a seguir deve ser repetido 5 vezes, completando a TABELA 2
a) Anote o número do calorímetro sobre sua bancada;
b) Meça a massa mc do calorímetro vazio, incluindo sua tampa;
c) Adicione cerca de 400 ml de água quente ( 70 OC) ao calorímetro. Meça a massa total m1 e
determine a massa de água quente mq;
d) Meça a temperatura q;
e) Num becker, coloque cerca de 400 ml de água à temperatura ambiente e meça sua
temperatura f; Acrescente esta água ao calorímetro, feche-o e aguarde algum tempo até
que seja atingido o equilíbrio térmico.
f) Meça a massa total m2 e determine a massa de água fria mf;
g) Meça a temperatura final de equilíbrio
4.2. Calor Específico de Sólidos
O procedimento a seguir deve ser repetido 5 vezes, completando a TABELA 3
a) Meça a massa mc do calorímetro vazio, incluindo sua tampa;
b) Adicione cerca de 400 ml de água quente ( 70 OC) ao calorímetro. Meça a massa total m1 e
determine a massa de água quente mq;
c) Meça a temperatura q;
d) Com a balança determine a massa de cerca de 300 g de cobre, mCu;
e) Coloque num Becker e meça sua temperatura f; Acrescente ao calorímetro, feche-o e
aguarde algum tempo até que seja atingido o equilíbrio térmico.
f) Meça a temperatura final de equilíbrio
O procedimento acima deve ser repetido 5 vezes, desta vez com alumínio, completando a
TABELA 4
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5. INTERPRETAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
5.1. Questões referentes ao item 4.1
a) Determine o equivalente-água do calorímetro, E, para cada uma das medidas da TABELA 2,
a partir da expressão:
b) Determine o valor médio de E com a respectiva incerteza.
c) Explique por que a presença de grandes massas de água, tais como oceanos, lagos... tende
a moderar as temperaturas extremas nas regiões próximas.
5.2. Questões referentes aos itens 4.2 e 4.3
a) Obtenha os valores dos calores específicos do cobre e do alumínio, com as respectivas
incertezas. Explicite como você os obteve, detalhando seus cálculos e expressões utilizadas.
b) Veja numa tabela os valores apresentados para o calor específico do cobre e do alumínio.
Considerando o valor da tabela como exato, qual é o erro relativo de sua medida? Voce
considera seu resultado bom? Justifique.
c) A determinação do calor específico dos dois metais seria melhor realizada com blocos
metálicos? Porque?
d) Se dois blocos, um de Al e outro de Cu, de mesma massa forem colocados sobre a chama
de um bico de Bunsen durante 30 minutos, qual será a relação entre suas temperaturas no
final deste intervalo de tempo?
e) Você mediu cp ou cv? Justifique sua resposta.