Capacidade Térmica Mássica
Problema
. Porque é que no Verão a areia fica escaldante e a água do mar não?
. Porque é que os climas marítimos são mais amenos do que os continentais?
Objetivo
. Determinar a capacidade térmica mássica do ferro e do cobre;
. Cumprir todas as normas de segurança e higiene no laboratório.
Introdução
Nesta atividade experimental vai ser utilizada a expressão
para calcular a capacidade térmica mássica de uma substância.
A capacidade térmica de uma substância corresponde à quantidade de energia
necessária para fazer variar de Δ ºC) a temperatura de uma certa massa de um
material.
Esta expressão mostra que esta quantidade de energia é diretamente
proporcional à massa da substância e à variação da temperatura pretendida, isto
é:
. Para obter a mesma variação da temperatura, é necessário fornecer ou
retirar uma quantidade de energia tanto maior quanto maior for a massa do
material cuja temperatura se quer alterar;
. Para a mesma massa, quanto maior for a variação de temperatura que se
pretende obter, maior a quantidade de energia é necessário fornecer ou
retirar;
. A constante de proporcionalidade denomina-se capacidade térmica mássica
da substância. Para temperaturas iguais ou superiores à temperatura
ambiente, tem um valor constante que caracteriza a maior ou menor
facilidade que essa substância tem para absorver energia.
A capacidade térmica mássica de uma substância é numericamente igual à
quantidade de energia que é necessário transferir para a massa de 1kg dessa
substância, para que esta experimente a variação de temperatura de 1k (ou de
1ºC).
Material
. 1 Fonte de alimentação;
. 1 Voltímetro (± 0,01 Volts);
. 1 Amperímetro (± 0,01 Amperes);
. 1 Cronómetro;
. 1 Balança (± 0,01g);
. 1 Bloco de Ferro;
. 1 Bloco de Cobre;
. 1 Termómetro (± 0,5 ºC)
. Glicerina (L);
. 1 Interruptor;
. 1 Gobelé 250 mL;
. 1 Placa de esferovite;
. Fios de ligação;
. Crocodilos;
. Resistência elétrica.
Procedimento
1. Pesaram-se os blocos metálicos;
2. Montou-se o circuito elétrico com a resistência de aquecimento, a fonte de
alimentação, o amperímetro (em série) e o voltímetro (em paralelo);
3. Registou-se as incertezas absolutas de leitura de cada um dos materiais
utilizados na montagem do circuito elétrico;
4. Colocou-se um pouco de glicerina no interior de um dos orifícios do bloco de
cobre;
5. Colocou-se a resistência de aquecimento e o termómetro nos restantes
orifícios do bloco de cobre;
6. Ligou-se a fonte de alimentação;
7.
Fechou-se o circuito
simultaneamente;
e
iniciou-se
a
contagem
no
cronómetro,
8. Registou-se, minuto a minuto, os valores obtidos (temperatura, intensidade
e diferença de potencial) numa tabela;
9. Calculou-se a capacidade térmica mássica do cobre;
10. Calculou-se a percentagem de erro do valor calculado e comparou-se com
o valor tabelado;
11. Elaborou-se um gráfico
bloco.
= f(t), que ilustra a variação da temperatura do
Para o bloco de ferro efetuou-se o mesmo procedimento.
Tabelas
Bloco de Cobre
Bloco de Ferro
Cálculos
Bloco de Cobre
Dados:
mbloco= 1021,80g = 1021,80 x 10-3
final=
inicial
97ºC = 370K
= 26ºC = 299K
Δt= 10m = 600s
Ctabelado= 390 J kg-1 k
ΔT=370-299=71K
-1
I=(5,11+5,21+5,23+5,19+5,05+5,17+5,12+5,15+5,10+5,13+5,19)/11=5,150
A
U=(3,66+3,18+3,32+0,93+3,65+3,79+3,80+3,91+4,01+3,78+3,55)/11=3,416
V
c = Δt.I.U / m.ΔT, em que c = capacidade térmica mássica
= 600 x 5,150 x 3,416 / 1021,80 x 10 -3 x 71 = 145 J Kg-1 K-1
Δc=|cmedido - ctabelado|, em que Δc = incerteza absoluta
= |145 – 390|
= 245 J Kg-1 K
r
-1
= Δc / ctabelado x 100, em que
r
= incerteza relativa
= 245 / 390 x 100 = 63%
Bloco de Ferro
Dados:
mbloco=1005,32g = 1005,32 x 10-3 Kg
inicial
= 25ºC = 298K
final=
105ºC = 378K
Δt= 10m = 600s
ctabelado= 460 J kg-1 k
-1
ΔT=378-298=80K
I=(5,43+5,43+5,38+5,41+5,42+5,41+5,39+5,41+5,43+5,42+5,41)/11=5,413
A
U=(0,62+3,46+3,68+3,86+4,65+3,70+3,30+3,34+3,08+3,32+3,47)/11=3,316
V
c = Δt.I.U / m.ΔT, em que c = capacidade térmica mássica
= 600 x 5,41 x 3,316 / 1005,32 x 10 -3 x 80 = 134 J Kg-1 K-1
Δc=| cmedido - ctabelado |, em que Δc = incerteza absoluta
= |134 – 460|
= 326 J Kg-1 K
r
-1
= Δc / ctabelado x 100, em que
= 326 / 460 x 100 = 71%
r
= incerteza relativa
Gráficos
COBRE
FERRO
Adaptado de:
http://www.notapositiva.com/pt/trbestbs/fisica/10_capacidade_termica_massica.htm