UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS
DEPARTAMENTO DE FÍSICA E QUÍMICA
FIS313
1º SEMESTRE 2011
EXPERIÊNCIA 3: CALOR LATENTE DE FUSÃO E VAPORIZAÇÃO
1. OBJETIVOS
Após concluir este trabalho, o estudante será capaz de:
Perceber que as trocas de calor envolvidas num processo termodinâmico nem sempre se
revertem em modificações de temperaturas;
Determinar a temperatura de fusão do gelo
Determinar o calor latente de fusão do gelo e o calor latente de vaporização da água
2. MATERIAL UTILIZADO
água
aquecedor de imersão
2 termômetros de -10 a 110 oC
Uma seringa descartável
Filtro
Becker
Tubo de ensaio
Balança
Calorímetro com agitador
cronômetro
ebulidor
gelo picado
sal
agitador
3. INFORMAÇÕES TEÓRICAS
3.1 Calor Latente
Muitas vezes ao ceder ou retirar calor de um sistema termodinâmico, não há modificação
na sua temperatura. Observa-se porem uma mudança de seu estado de agregação ou mudança de
fase.
Esta temperatura, chamada temperatura de mudança de fase, depende da pressão e
volume a que o sistema está submetido, mas é invariável, quando estas variáveis se mantem fixas.
No processo de mudança de fase, o calor absorvido, por unidade de massa de um dado material, é
uma característica do mesmo, de forma que é possível escrever:
Q = m.L
onde L é o calor latente de fusão, quando a mudança é do estado sólido para o líquido ou viceversa, ou o calor latente de vaporização, quando a mudança é do estado líquido para o gasoso ou
vice-versa.
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Caracterize os instrumentos de medição, completando assim a TABELA 1
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4.1. Solidificação da água
a) Na montagem da figura, ajuste a altura do tubo de
ensaio de forma que o termômetro dentro dele fique a,
aproximadamente 0,5 cm do seu fundo;
b) Com o tubo de ensaio no interior do Becker, coloque a
seu redor um sanduíche de gelo picado e sal,
alternadamente 1 colher de sopa de sal seguida de um
punhado de gelo;
c) Coloque o segundo termômetro no interior da mistura
de gelo e sal, aguarde 3 minutos e anote a temperatura
final de equilíbrio f;
d) Com a seringa, coloque água no interior do tubo de
ensaio, até cobrir o bulbo do termômetro
e) Meça a temperatura inicial 0 indicada no termômetro,
considerando o instante desta leitura como zero;
f) Com o agitador movimente, de vez em quando, a água no interior do tubo de ensaio,
anotando a temperatura e o tempo decorrido a cada 2 minutos, durante 10 minutos. Com
seus dados, complete a TABELA 2
4.2. Calor Latente de Fusão
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
Utilize o calorímetro cujo equivalente-água você determinou na experiência anterior.
Complete com seus dados a folha de dados, anotando E com a respectiva incerteza.
O procedimento a seguir deve ser repetido 5 vezes, completando a TABELA 3
Meça a massa mc do calorímetro vazio, incluindo sua tampa;
Adicione cerca de 400 ml de água quente ( 70 OC) ao calorímetro. Meça a massa total m1 e
determine a massa de água quente mq;
Meça a temperatura q;
Com a balança determine a massa de cerca de 100 g de gelo, mg;
Coloque num Becker e meça sua temperatura f;
Seque o gelo e acrescente ao calorímetro, feche-o e aguarde algum tempo até que seja
atingido o equilíbrio térmico.
Meça a temperatura final de equilíbrio , atingida após a fusão completa do gelo
4.3. Calor Latente de Vaporização
O procedimento a seguir deve ser repetido 5 vezes, completando a TABELA 4
a) Adicione cerca de 150 ml de água fria ao calorímetro. Meça a massa total m1 e determine a
massa de água fria mf;
b) Meça a temperatura f;
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c) Coloque água no ebulidor , espere a água ferver e quando não houver praticamente mais
gotejamento no tubo de saída do filtro, recolha o vapor mergulhando o tubo na água
contida no calorímetro.
d) Para medir a temperatura de ebulição da água v faça a leitura diretamente no
termômetro que está em contato com o vapor, cuidando para que não haja água em volta
do bulbo;
e) Deixe a água borbulhar por cerca de 130 s, retire o calorímetro, feche-o e aguarde algum
tempo até que seja atingido o equilíbrio térmico.
f) Meça a temperatura final de equilíbrio e a massa de vapor recolhida pelo calorímetro mv.
5. INTERPRETAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
5.1. Questões referentes ao item 4.1
a) O que ocorre com a temperatura do gelo, quando misturamos a ele sal?
b) Explique como o sal pode ser utilizado para o derretimento do gelo, de uso comum em
países sujeitos a nevascas.
c) A partir dos dados da TABELA 2,faça um gráfico da temperatura em função do tempo.
d) Qual o significado físico do platô no gráfico obtido?
e) Determine, a partir de seu gráfico, a temperatura de fusão do gelo.
f) É possível fornecer calor a um corpo sem aumentar sua temperatura? Em caso afirmativo,
isto contraria o conceito de calor como energia em transferência em decorrência de uma
diferença de temperatura?
g) Por que é preciso ceder energia térmica para derreter gelo, se não varia?
5.2. Questões referentes aos itens 4.2 e 4.3
a) Determine os valores médios dos calores latente de fusão do gelo Lf e de vaporização da
água Lv com as respectivas incertezas;
b) Veja numa tabela os valores apresentados para os calor latentes de fusão e vaporização da
água. Considerando o valor da tabela como exato, qual é o erro relativo de sua medida?
Você considera seus resultados bons? Justifique.
c) Considerando, na determinação do calor latente de fusão, a quantidade de água quente
que a sua equipe tinha no calorímetro, qual é a máxima massa de gelo mg que poderia ser
colocada e ainda assim todo o gelo se fundisse?
d) Porque o gotejamento de água no tubinho de saída do filtro não cessa completamente?
e) Por que o módulo do calor latente de vaporização da água é tão maior do que o de fusão?