UNIVERSIDADE CATÓLICA DE BRASÍLIA
CURSO DE FÍSICA
LABORATÓRIO DE FÍSICA TÉRMICA
EQUIVALENTE JOULE-CALORIA
OBJETIVOS
•
•
•
Determinar experimentalmente a equivalência Joule-Caloria.
Concluir que corpos, em diferentes temperaturas, quando postos em contato, trocam calor até
atingirem o equilíbrio térmico.
Concluir que a energia transformada nos geradores e receptores não é criada nem destruída, mas sim,
transformada de uma modalidade à outra
INTRODUÇÃO TEÓRICA
A definição de calor é um tanto diferente da interpretação comum da palavra, dai a importância
da compreensão da definição.
Se um bloco de cobre quente é colocado num vaso de água fria, sabemos que o bloco se resfria e
a água se aquece, até que ambos atinjam a mesma temperatura. Dizemos que isto é resultado da
transferência de energia do bloco para a água. É desta transferência de energia que chegamos a definição
de calor: o calor é definido como sendo a energia transferida entre sistemas com temperaturas
diferentes. Então calor é uma forma de energia em transito, portanto não tem sentido falamos em calor
de um sistema, mas sim no calor recebido ou cedido por este sistema.
Jaime Prescott Joule idealizou um dispositivo no qual um eixo dotado de palhetas era imerso
num calorímetro contendo água. Esse eixo era posto em movimento por meio de dois pesos, de massa m
cada um, ao caírem de uma altura h. Para impedir que a água do calorímetro adquirisse energia cinética
apreciável, Joule fixou outras palhetas às paredes internas do calorímetro, isolado termicamente, a fim de
impedir trocas de calor com o meio ambiente.
A quantidade de calor transformada da energia mecânica do movimento das palhetas foi
determinada a partir da variação da temperatura da massa conhecida da água e da quantidade de trabalho
mecânico realizado, equivalente à perda de energia potencial dos pesos ao cair. Após centenas de
medições, Joule verificou sempre a mesma razão entre o trabalho mecânico realizado e o calor
produzido. Essa razão é conhecida como equivalente mecânico do calor ou constante de Joule Z.. É
expressa pela equação :
Z=
W
Q
A constante Z depende do sistema de unidade. Se o trabalho é medido em Joules e a quantidade
de calor é medida em calorias, temos empiricamente que: Z = 4.18 Joule/cal.
Imagine o caso onde o trabalho é fornecido por uma resistência elétrica.
Física Térmica
EQUIVALENTE JOULE-CALORIA
1
Z=
Z = Equivalente Joule-Caloria
W = Trabalho elétrico = RI2t = VIt
V - diferença de potencial, em volts
∆θ - variação de temperatura
c – calor específico ( 1 cal/g oC)
W RI 2 t
VIt
=
=
Q mc∆θ mc∆θ
R - resistência elétrica, em ohms
I - corrente elétrica, em ampères
t - tempo, em segundos
m - massa da água no calorímetro
Q - quantidade de calor, em calorias
MONTAGEM
Faça a montagem do circuito de aquecimento da água conforme o esquema abaixo:
MATERIAL NECESSÁRIO
- Calorímetro ( garrafa Térmica)
- Resistência elétrica
- Cronômetro
- Amperímetro
- Termômetro
- Fonte
- Voltímetro
- Balança
- Proveta
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
a) Monte o circuito elétrico conforme o esquema na Fig. 1.
b) Coloque uma massa de água destilada no calorímetro, pelo menos 200g de água.
m = ________________g
c) Ligue a chave e ajuste a voltagem em 15V. Verifique o valor da corrente elétrica que atravessa o
circuito. Anote na tabela os valores da voltagem e da corrente elétrica. Desligue a chave.
d) Agite a água para que entre em equilíbrio térmico com a garrafa e registre sua temperatura inicial.
θo = ________________oC
e) Ligue novamente a chave S e dê partida no cronômetro.
f) Mantenha o sistema ligado por aproximadamente 5 minutos mantendo I constante e registre o tempo.
t = ___________ s
Física Térmica
EQUIVALENTE JOULE-CALORIA
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g) Agite a água para que entre em equilíbrio térmico com a garrafa e registre a temperatura final.
θf = __________ oC
h) Transfira os valores acima para a tabela abaixo. Repita o procedimento pelo menos duas vezes.
TAREFAS
a) Calcule o valor do equivalente mecânico do calor Z.
b) Qual a sua unidade?
c) Determine o erro percentual na sua medida.
e) Tente explicar as causas deste erro.
t(s)
∆θ
V(volt)
I(A)
W(J)
Q(cal)
Z(J/cal)
Zmédio = ........
Física Térmica
EQUIVALENTE JOULE-CALORIA
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