Universidade Federal de Santa Catarina
Campus Blumenau
Física II
Experiência: Calorimetria
Objetivo
O objetivo dessa experiência é avaliar se na troca de calor entre corpos, a quantidade de calor
trocada é conservada.
Teoria
A quantidade de calor (Q) que um corpo, de massa m, deve receber para que sofra uma variação de
temperatura T é:
Q=mc Δ T
(1)
onde c é o calor específico do corpo. O calor específico é uma característica de cada material, ele
determina quanta energia precisa ser dada para que o material sofra uma variação de temperatura.
Quando um material muda de estado, por exemplo, o gelo passando para o esta líquido, diz-se que
há uma transição de fase. Durante as transições de fase a temperatura dos corpos não se alteram,
contudo, eles recebem ou cedem energia. A quantidade de energia cedida ou recebida por um corpo
durante uma transição de fase é dada por:
Q=mL
(2)
onde L é o calor latente, quantidade de energia por massa envolvida durante a transição de fase.
Num sistema adiabático, onde não há troca de energia com o meio externo ao sistema, e que não há
realização de trabalho, a quantidade total de calor trocada é nula. Ou seja, Q cedido+Qrecebido=0 ou
Qcedido=-Qrecebido, isso significa que se alguém do sistema cedeu calor, outro alguém tem que ter
recebido.
Material Utilizado
1. Energy Transfer – Calorimeter – ET-8499
2. Specific Heat Set – SE-6849
3. Steam Generator – TD-8556A
4. Ohaus Triple-Beam Balance (with Tare) – SE-8707
Procedimentos
Procedimento A – Troca de Calor sem transição de fase
Nesta experiência você irá juntar dois materiais de calor específico conhecido e verificar se há
conservação de energia térmica.
1
1. Ligue o gerador de vapor e coloque um dos sensores de temperatura dentro. Coloque dentro da
água os cilindros de zinco, aço, bronze e cobre. Espere até que a temperatura do banho fique
perto de 80oC.
2. Meça a massa do copo de alumínio menor e anote na tabela 1.
3. Coloque, dentro do copo de alumínio, uma quantidade de água, a temperatura ambiente, que seja
o suficiente para cobrir as peças metálicas.
4. Meça a massa do conjunto Copo+Água e calcule a massa de água dentro do copo. Anote na
tabela 1.
5. Coloque o isolante (anel preto) dentro do copo grande e o copo pequeno dentro do copo grande.
Passe o outro sensor de temperatura por dentro da rolha, tampe os copos.
6. Abra o programa da Pasco e ajuste um gráfico para mostrar a temperatura do sensor dentro do
copo em função do tempo e dois mostradores digitais, um para cada temperatura.
7. Comece a gravar.
8. Anote na tabela as temperaturas T1 e T2. Rapidamente retire um dos cilindros do banho de
aquecimento e coloque dentro do calorímetro. Espere até que a temperatura alcance um valor
máximo. Quando ela começar a cair, pare a gravação e anote na tabela, Tf, o valor da temperatura
máxima.
9. Retire o cilindro do calorímetro, seque-o e meça a sua massa. Anote na tabela 1.
10. Repita o procedimento para os 4 cilindros.
11. Desligue o gerador de vapor.
Procedimento B – Troca de Calor com transição de fase
Nesta experiência você irá juntar água e gelo e verificar se, no caso da transição de fase há a
conservação da energia térmica.
1. Seque o copo e coloque aproximadamente 20g de água. Faça uma mistura entre água quente e
fria e que fique uns 8oC acima da temperatura ambiente.
2. Meça a massa do conjunto copo + água e anote na tabela.
3. Ajuste o programa da Pasco para mostrar apenas o gráfico da temperatura (do sensor que será
colocado dentro do calorímetro) em função do tempo.
4. Monte o calorímetro e monitore a temperatura do líquido. Pegue uma pedra de gelo, seque e
rapidamente coloque-a dentro do calorímetro.
5. Espere até que a temperatura do líquido chega ao seu mínimo. Verifique se o gelo se derreteu e
pare de gravar.
6. Anote na tabela o valor da temperatura exatamente antes de por a pedra de gelo (Ti) e a
temperatura mínima (Tf) que a mistura chegou.
7. Tire o copo interno e meça a massa total. Calcule a massa do gelo que foi colocado no copo e
anote na tabela.
8. Repita esse procedimento até completar a tabela, ou terminar a aula.
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Tabela 1
Mcopo
Mcopo+água
Mágua
Mmetal
Mágua
Mgelo
T1
T2
Tf
Qcedido
Qrecebido
E%
Qcedido
Qrecebido
E%
Zinco
Cobre
Aço
Bronze
Tabela 2
Mcopo
Mcopo+água
Ti
Tf
1
2
3
4
Relatório
Procedimento A
1. Pesquise na literatura e apresente uma tabela com os valores do calor específico do
alumínio, zinco, bronze, cobre, aço e da água. Qual a sua fonte?
2. Descreva quem cedeu calor (Q<0) e quem recebeu calor (Q>0). Calcule o calor total
recebido e cedido e anote na tabela. Moste as suas contas.
3. Como não houve realização de trabalho, o valor do calor cedido e recebido devem ser
iguais. Calcule o erro percentual (E%):
E=(
Qrecebido−|Qcedido|
)∗100
Q cedido
E termine de preencher a tabela.
4. Os erros percentuais tem todos os mesmo sinal? Explique o por quê.
5. Explique por que houve diferença entre o calor cedido e recebido. Quais as fontes de erro
desse experimento.
3
Procedimento B
1. Descreva quem cedeu calor (Q<0) e quem recebeu calor (Q>0). Calcule o calor total
recebido e cedido e anote na tabela. Moste as suas contas.
2. Como não houve realização de trabalho, o valor do calor cedido e recebido devem ser
iguais. Calcule o erro percentual (E%):
E=(
Qrecebido−|Qcedido|
)∗100
Q cedido
E termine de preencher a tabela.
3. Os erros percentuais tem todos os mesmo sinal? Explique o por quê.
4. Explique por que houve diferença entre o calor cedido e recebido. Quais as fontes de erro
desse experimento.
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