Fenômenos de Transporte, Calor e Massa - FTCM Prof.: Dr. Cláudio S. Sartori - EXPERIMENTO 5 –
Roteiro Experimental – Relatório 5
Calor específico
Referências:
INTRODUÇÃO:
1. G.L. Squires, "Practical Physics"
(Cambridge University Press, 1991), capítulo 10,
pp. 139-146; e D.W. Preston, "Experiments in
Physics" (John Wiley & Sons, 1985), pp. 2-3.
2. C. H. de Brito Cruz, H. L. Fragnito, Guia para
Física Experimental Caderno de Laboratório,
Gráficos e Erros, Instituto de Física, Unicamp,
IFGW1997.
3. D.W. Preston, "Experiments in
Physics" (John Wiley & Sons, 1985), pp. 21-32;
G.L.
4. C.E. Hennies, W.O.N. Guimarães e
J.A. Roversi, "Problemas Experimentais em
Física" 3ª edição, (Editora da Unicamp, 1989),
capítulo V, pp.168-187.
Forma Geral dos Relatórios
É muito desejável que seja um caderno grande
(formato A4) pautada com folhas enumeradas ou
com folhas enumeradas e quadriculadas, do tipo
contabilidade, de capa dura preta, brochura.
Chamaremos de Caderno de Laboratório.
No verso deste caderno você pode fazer o
rascunho a lápis. Na parte enumerada fará o
relatório com a seguinte estruturação:
No mínimo, para cada experimento o
Caderno de Laboratório deve sempre conter:
1. Título do experimento
realização e colaboradores;
data
de
2. Objetivos do experimento;
3.
Roteiro
experimentais;
dos
procedimentos
4. Esquema do aparato utilizado;
5. Teoria utilizada.
6. Descrição dos principais instrumentos;
7. Dados Experimentais medidos; Tabelas
Experimentais;
8. Tratamento estatístico dos
experimentais. Cálculos utilizados;
dados
9. Gráficos;
10. Conclusões;
11. Referências.
O formato de apresentação destes 9 itens não
é rígido. O mais indicado é usar um formato
seqüencial, anotando-se à medida que o
experimento evolui.
1
Figura 1 - Modelo de sólido cristalino.
Relatório IV - Calor específico

Teoria
O calor específico é a quantia de calor por
massa de unidade exigiu elevar a temperatura
através de um grau Centígrado. A relação entre
calor e mudança de temperatura normalmente é
expressa na forma anterior onde c é o calor
específico. A relação não aplica se uma mudança
de fase é encontrada, porque o durante uma
mudança de fase não há mudança de temperatura.
Os calores específicos da maioria dos sólidos a
temperatura de quarto e sobre é quase constante,
de acordo com a Lei de Dulong e Petit. As mais
baixas temperaturas o calor específico varia, pois o
modelo quântico fica significante. O baixo
comportamento de temperatura é descrito pelo
Modelo de Einstein-Debye do calor específico. O
calor específico é a quantidade de calor por massa
necessário para elevar a temperatura de um grau
Centígrado. A relação entre calor e mudança de
temperatura normalmente é expressa na forma
mostrada onde c é o calor específico. A relação
não aplica se uma mudança de fase é encontrada,
porque o calor envolvido durante uma mudança de
fase não muda a temperatura de uma substância
pura.
2
Cada átomo pode vibrar nas posições x, y,
z em torno da respectiva posição de equilíbrio. A
energia total do átomo nesse sólido é:
1
1
1
1
1
1
E  mvx2  mv y2  mvz2  kef x 2  kef y 2  kef z 2
2
2
2
2
2
2
Aqui, kef é a constante de força das molas
hipotéticas. Pelo Teorema da Equipartição da
energia, a energia interna de um mol do sólido é:
1
U  6 RT  3RT
2
cV  3R
Tabela 1 -Calores Específicos e Capacidades
Caloríficas Molares Médias de Metais
Metal
c
Jg-1 0C-
Intervalo de
temperatura, °C
M.
g • mol-1
20-100
17-100
18-100
15-100
15-100
0-100
20-100
9,01
27.0
55,9
63,5
108
201
207
1
Be
Al
Fe
Cu
Ag
Hg
Pb
1,97
0,91
0,47
0.39
0.234
0,138
0,130
Molar .
C= Mc
J •mol-1
(°C)
17,7
24,6
26,3
24,8
25,3
27,7
26,9
Figura 2- Valores experimentais de cV
para o chumbo, o alumínio, o silício e o diamante.
Em temperaturas elevadas, o valor de cV
tende a 3R de acordo com a Regra de Dulong e
Petit. Em baixas temperaturas, cV é menor que 3R.
Capacidade Calorífica dos Sólidos
Observa-se que todos os metais possuem
capacidades caloríficas molares aproximadamente
iguais. Medidas experimentais mostram que um
grande número de sólidos tem capacidade
calorífica molar aproximadamente igual a 3R:
c  3R  24,9 molJ.K
Essa equação é expressa pela Lei de
Dulong-Petit. É possível justificá-la com a
aplicação do Teorema da Equipartição da energia
ao modelo simples de sólido indicado na figura 10.
2
Fenômenos de Transporte, Calor e Massa - FTCM Prof.: Dr. Cláudio S. Sartori - EXPERIMENTO 5 –
Roteiro Experimental – Relatório 5
Calor específico
Procedimento Experimental:
 Calorímetros.
Uma das características das substâncias é o
calor específico, pois é própria de cada uma e é
praticamente invariável para a mesma substância.
Por definição, calor específico de uma substância é
a quantidade de calor necessária para elevar de 1 0
C a temperatura de um grama dessa substância.
Segundo a termodinâmica: “Havendo troca de
calor entre os corpos isolados termicamente do
meio externo, a quantidade de calor cedida pelos
corpos que arrefecem é igual à quantidade de calor
recebida pelos corpos que aquecem”. Haverá troca
de calor entre eles até que a igualdade de
temperatura se estabeleça. Um método simples
para se determinar o calor específico de uma
substância é chamado “método das misturas”.
Como o nome indica, esse método consta em
“misturar” corpos com temperaturas diferentes,
porém conhecidas. A mistura deve ser realizada
num ambiente isolado termicamente para que a
troca de calor seja restrita aos corpos em estudo. O
calorímetro, descrito a seguir, proporciona esse
ambiente dentro de limites razoáveis. Ele é
constituído de um recipiente metálico (vaso de
cobre), protegido por um outro que é isolante
térmico (isopor). A tampa do vaso de isopor possui
dois furos: um para o termômetro e o outro para o
agitador, que se destina a homogeneizar a
temperatura da água.
1. Determinar a massa dos corpos de prova
utilizando a balança.
i
Material:
Latão
m=72.3g
Massa (g)
H2O
1
2
3
4
5
i
1
2
3
4
5
i
1
2
3
4
5
Material: Aço
m=65.0g
Massa (g)
H2O
Material: Al
m=23.2g
Massa (g)
H2O
2. Colocar água no Becker aquecendo-o até
a ebulição.
3. Medir na proveta aproximadamente 100
ml de água.
4. Determinar a massa de água contida na
proveta. (Observação: 1ml equivale a 1g de H2O).
5. Colocar esta água no calorímetro, agite
suavemente o conjunto durante 30 s.
6. Medir a temperatura do conjunto:
=
°C
7. Colocar o corpo de prova na água em
ebulição.
8. Aguardar alguns minutos e medir a
temperatura do corpo de prova (4 min).
Observação: Temperatura da água em
ebulição:
1 = ......°C
9. Retirar o corpo de prova da água e
coloque-o rapidamente no calorímetro. Agite o
conjunto novamente.
10. Durante o processo observar rigidamente
a temperatura indicada no termômetro. Aguarde
até que a temperatura se estabilize.
11. Medir a temperatura de equilíbrio
térmico:
E = ......°C
12. Calcular o calor específico do corpo de
prova aplicando o princípio da troca de calor.
13. Repetir as etapas anteriores pelo menos 3
vezes, anotando os valores na tabela experimental,
para cada material.
Figura 3 - Esquema de calorímetro.
Material Utilizado

Corpos de prova, calorímetro, balança,
termômetro, pinça, fonte de calor, Becker e
proveta.
3

Tabela Experimental
A apresentação do resultado com dois ou
um algarismos significativos para o erro
 J 
c  c  c 

 gº C 
Material: Latão – ml = 72.3g
i
E(°C)
m(g)
Conclusões
c
calg-1 0C--1
1
2
3
4
5
 Verificar os resultados obtidos com dados
na literatura:
cAl  0.217 gcal0C
clatão  0.094 gcal0C
Material: Aço – maço = 65.0 g
caço  0.11 gcal0C
1
2
3
4
5
 Discutir as maneiras de se melhorar os
resultados obtidos experimentalmente.
 Discutir a influência dos erros nos
resultados obtidos.
Material: Alumínio – mal = 23.2 g
1
2
3
4
5
Referências:
Dados Experimentais obtidos
Qrecebido  Qcedido  0
QH2O  Qx  0
mH2O  cH2O   H2O  mx  cx   x



mH2O  cH2O   E  0H O  mx  cx   E  0x
cx  
2


mx   E   0x
cH2O  1
Análise

mH 2O  cH 2O   E  0H O
dos
2


cal
g 0C
dados
Experimentais
obtidos


Encontre:
Utilizando o modo
calculadora, encontre:
estatístico
da
N


A média de k: c 
c
i 1
i
N
O desvio padrão populacional:
N
c 

 c  c 
2
i
i 1
N
O erro associado à média:
c 
c
N
4
4