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aula
Janeiro de 2012
TROCAS DE CALOR
11.1 Objetivo: O objetivo deste experimento é verificar a conservação de energia térmica entre dois sistemas de
temperaturas diferentes.
11.2 Introdução
Quando dois sistemas a temperaturas diferentes são colocados em contato, a temperatura atingida por ambos
está compreendida entre as temperaturas iniciais de cada corpo. Estes fenômenos são observados frequentemente e o
homem, há muito tempo, tem procurado entendê-los de maneira profunda. Ficou estabelecido, de um modo geral, que
calor é a energia transferida entre um sistema e sua vizinhança, como consequência apenas da diferença de
temperatura.
Define-se, quantitativamente, a unidade de calor Q em termos de variação de uma das grandezas de um corpo
durante um processo específico. Por exemplo, se ao aquecermos um quilograma de água, sua temperatura varie de
14,5 ºC para 15,5 ºC, dizemos que o sistema recebeu uma quilocaloria (kcal) de calor. Contudo, para nossos propósitos,
podemos generalizar esta definição dizendo que caloria é a quantidade de energia necessária para elevar a temperatura
de 1g de água de 1ºC.
Para uma dada massa, a quantidade de calor necessária para produzir um determinado acréscimo de
temperatura depende da substância. Chama-se Capacidade Térmica C, de um corpo o quociente entre a quantidade
de calor dQ, fornecida ao corpo e o correspondente acréscimo de temperatura dT:
C
dQ
dT
(11.1)
A capacidade térmica por unidade de massa de um corpo, denominada calor específico, depende da natureza da
substância da qual ele é feito e é definido como o quociente entre sua capacidade térmica e sua massa:
c
C 1 dQ

m m dT
(11.2)
Pode-se falar, apropriadamente, por um lado, da capacidade térmica de uma moeda de cobre e, por outro lado,
do calor específico do cobre. O calor que deve ser transferido a um corpo de massa m, cujo material tem um calor
específico c, para elevar sua temperatura desde Ti até Tf é:
Q = mcT
11.3 Materiais Utilizados
a)
Calorímetros;
b)
Balança Eletrônica;
c)
Termômetro Digital;
(11.3)
Caderno de Laboratório de Física
d)
Aquecedor de água;
e)
Água quente e fria.
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11.4 Procedimentos
a)
Determinar a massa de dois calorímetro vazios, um deles será utilizado para água quente e outro para
água fria (Mcal). Anote os resultados na tabela 11.1;
b)
Coloque uma quantidade de água fria no calorímetro e determine a massa do sistema calorímetro + água
fria;
c)
Calcule a massa de água fria, dada pela relação Mágua
fria
= Mcal
+ água fria
– Mcal. Essa será a massa m 1.
Anote os resultados na tabela 11.1;
d)
Meça a temperatura da água fria (Tfria) e anote na tabela 11.1. Essa será a temperatura T1;
e)
Coloque a mesma quantidade de água no segundo calorímetro. A água deve estar no mínimo 20ºC acima
da temperatura ambiente. Determine a massa o calorímetro com água quente (Mcal + água quente) e determine
a massa de água quente, Mágua quente = Mcal + água quente – Mcal. Essa será a massa m2. Anote os resultados na
tabela 11.1;
f)
Meça a temperatura da água quente (T2) e anote seu valor na tabela 11.1. Imediatamente após medir esta
temperatura, despeje a água quente na fria e utilizando o termômetro misture até que a temperatura se
estabilize e anote a temperatura final de equilíbrio (TE) na tabela 11.1;
g)
Repita o experimento outra vez com massas de água bem diferentes e temperaturas também bem
diferentes.
11.5. Resultados
Tabela 11.1
1º Experimento
2º Experimento
Mcal (g) (água fria)
Mcal (g) (água quente)
Mcal + água fria (g)
m1 (g)
Mcal + água quente (g)
m2 (g)
T1 (ºC)
T2 (ºC)
TE (ºC)
O calor cedido pela agua quente (Q2) e o calor recebido pela agua fría (Q 1) satisfazem a equação Q1 + Q2 = 0.
Determine teoricamente a temperatura de equilíbrio para os dois experimentos, utilizando os valores m 1, m2, T1 e T2 da
tabela 11.1 e coloque na tabela 11.2 os resultados obtidos. Calcule o erro percentual usando
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Caderno de Laboratório de Física
E% 
TEexp  TETeo
TETeo
x100
Tabela 11.2
TE (Experimental)
1º Experimento
2º Experimento
TE (Teórico)
E%