Engenharia de Fluidos – BAC 014
Roteiro da Aula Prática II
Prática 2 - Equilíbrio Térmico e Calor Específico
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DATA DA REALIZAÇÃO DO ENSAIO:
Prof. Dr. Rogério Fernandes Brito – E-mail: [email protected]u.br
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BAC 014 Prática 2 Equilibrio Termico e Calor Especifico, Notas de estudo de Engenharia Mecânica
BAC 014 Prática 2 Equilibrio Termico e Calor Especifico
Tipologia: Notas de estudo
2013
1 / 13
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Engenharia de Fluidos – BAC 014
Roteiro da Aula Prática II
Prática 2 - Equilíbrio Térmico e Calor Específico
Equipe Matrícula Nome Assinatura
DATA DA REALIZAÇÃO DO ENSAIO:
Prof. Dr. Rogério Fernandes Brito – E-mail: [email protected]
1. Introdução
1.1. Equilíbrio Térmico e Calor
O equilíbrio térmico entre dois corpos em contato entre si só ocorre quando estes atingem a mesma temperatura. Quando estes corpos atingem um equilíbrio térmico com um terceiro corpo, significa que todos estão em equilíbrio térmico entre si Esta ultima afirmação é conhecida como a "Lei Zero da Termodinâmica."
1.2. Calorímetro
O calorímetro é basicamente constituído de uma câmara com paredes adiabáticas, que não permite a troca de calor entre seu interior com o meio externo, O calorímetro é utilizado para determinar a quantidade de calor liberada ou absorvida por uma transformação física ou química realizada em seu interior. Além disso, um calorímetro pode ser utilizado para determinar o calor especifico de uma substância, o calor latente de uma substância, o calor de reação, etc.
Calor Especifico (c): é a quantidade de calor que cada grama de uma substância necessita trocar para variar sua temperatura em 1 °C. Quanto menor o calor específico de uma substância, mais facilmente ela pode sofrer variações em sua temperatura. Obs.: O calor específico depende da substância e não da quantidade da mesma. Diferente da capacidade térmica.
Calor latente: é a grandeza física relacionada a quantidade de calor que uma unidade de massa de determinada substância deve receber ou ceder. Para mudar de fase, ou seja, passar do sólido para o líquido, do líquido para o gasoso e vice versa. Durante a mudança de fase a temperatura da substância não varia, mas seu estado de agregação se modifica. O calor latente pode assumir tanto valores positivos quanto negativos. Se for positivo quer dizer que a substância está recebendo calor, se negativo ela está cedendo calor. No Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade é kJ/kg (quiloJoule por quilograma). Outra unidade usual é a caloria por grama (cal/g). A unidade caloria tende a desaparecer a medida que o SI vá sendo implantado pelos países que o aprovaram.
Capacidade térmica (C) ou capacidade calorífica: é a grandeza física que determina o calor que é necessário fornecer a um corpo para produzir nesta determinada temperatura / variação térmica. A unidade usada no SI é J/K (Joule por Kelvin). A capacidade térmica caracteriza o corpo, e não a substância que o constitui. Dois corpos de massas e de substâncias diferentes podem possuir a mesma capacidade térmica. Dois corpos de massas diferentes e de mesma substancia possuem capacidades térmicas diferentes. A grandeza que caracteriza uma substancia é o calor específico. A capacidade calorífica está também relacionada com as interações intermoleculares, a estabilidade de uma fase, a condutividade térmica e a capacidade de armazenar energia.
Para a determinação do calor específico de uma substância, coloca-se dentro do calorímetro uma porção da substância de massa e temperatura inicial conhecidas, e também conheidas as temperatura inicial e a temperatura ambiente (Ta).
2. Experimento l
2.1. Objetivos
São eles:
9 reconhecer que ao colocar em contato dois corpos com temperaturas diferentes, o calor fluirá do corpo com temperatura maior para o de menor temperatura;
9 reconhecer que a temperatura de equilíbrio estará entre as temperaturas iniciais dos corpos em contato.
2.2. Preparação do Experimento
Materiais necessários:
9 01 Tripé delta com sapatas e haste metálica de 500 mm; (1), (2);
9 02 Mufas duplas e pinças com cabos (3) (4);
9 01 Agitador grande (7);
9 02 Termômetros (-10°C a 110°C) (8) e 01 agitador pequeno (18);
9 01 Becker 250 ml (11);
9 01 Fio de argola e gancho (12);
9 01 Proveta graduada de 100 ml (13);
9 01 Calorímetro de água de 200 ml sem a tampa (14);
9 01 Rolha de borracha e tubo de ensaio (15) (16);
9 01 Aquecedor elétrico de imersão (ebulidor) (19);
9 01 Cronômetro;
9 03 Baldes com água (descarte, água a T (^) amb , água Fria).
2.3. Procedimento Experimental
Etapa l:
a) Coloque no tubo de ensaio maior, 30 ml (30 cm^3 ) de água à temperatura ambiente. Feche o tubo com a rolha e agitador pequeno. ANOTE a temperatura da água do tubo de ensaio (Figura 2).
3. Experimento 2: Determinação do Equivalente em Água de um Calorímetro
3.1. Objetivos
São eles:
9 identificar as trocas de calor envolvidas no processo.
9 determinar o equivalente em água de um calorímetro.
3.2. Preparação do Experimento
Materiais necessários:
(1) Aquecedor elétrico (ebulidor);
(2) Proveta graduada 100 ml;
(3) 2 Béqueres de 250 ml, um com 100 ml de água destilada gelada e um com 100 ml de água destilada a temperatura ambiente;
(4) Termômetro;
(5) Calorímetro de água de 200 ml com tampa.
3.3. Procedimento Experimental
Etapa 1
a) Coloque 50 ml de água fria com temperatura em torno de 10°C abaixo da temperatura ambiente no calorímetro;
b) Tampe o conjunto e introduza o termômetro no calorímetro;
c) Prepare um copo de Béquer com 50 ml de água morna com temperatura em torno de 10°C acima da temperatura ambiente. (OBS: fazer rápido as etapas a, b e c).
d) Meça a temperatura inicial T0af do calorímetro com água fria (ela pode ter variado);
e) Meça a temperatura da água mornaT0aq ;
f) Coloque a água morna no calorímetro, tapando-o;
g) Introduza o termômetro no calorímetro;
h) Agite leve e eonstantemente a mistura;
i) Anote a temperatura máxima alcançada (temperatura de equilíbrio térmico entre o calorímetro e a mistura), Te;
j) Calcule a massa total de água utilizada;
k) Determine o equivalente em água me do calorímetro, sabendo-se que:
calor perdido = calor ganho , ou seja,
onde:
maq = massa de água morna (g).
Ca = calor específico da água (cal/g°C).
T0aq = temperatura inicial da água morna (°C).
Te = temperatura de equilíbrio térmico (°C).
me = equivalente em água do calorímetro (g).
maf = massa de água fria (g).
Toaf = temperatura inicial da água fria (°C).
gráfico, identificando a substância correspondente aos dados de cada curva e discuta a validade das seguintes afirmações:
"O gráfico (Temperatura x Tempo) nos mostra que a curva de resfriamento depende da substância da qual o corpo é feito e a tangente a curva representa a velocidade de resfriamento que, por definição, e a capacidade térmica (C), onde:
(3)
Etapa 3:
a) Coloque 100 ml de água a temperatura ambiente, no interior do calorímetro.
b) Tampe o conjunto e introduza o termômetro no calorímetro.
c) Anote a massa do corpo de prova de alumínio.
d) Coloque o corpo de prova de alumínio no interior do Béquer com 100 ml de água destilada a temperatura ambiente.
e) Aqueça o conjunto (Béquer mais corpo de prova) até a ebulição.
f) Desligue o sistema de aquecimento.
g) Aguarde 3 minutos, agitando levemente o corpo de prova no interior da água, quente.
h) Leia e anote a temperatura inicial do alumínio.
i) Anote a temperatura ambiente (temperatura inicial do calorímetro).
j) Transporte o corpo de prova de alumínio pelo fio, colocando-o dentro do calorímetro,
k) Tampe o calorímetro e introduza o termômetro no orifício da tampa.
l) Agite levemente e constantemente a mistura.
m) Anote a temperatura máxima alcançada (temperatura de equilíbrio térmico do calorímetro).
n) Obtenha o calor especifico ( Cal ) da substância que compõe o corpo de prova, o qual pode ser obtido pela equação: (4)
onde:
mAl massa do corpo de prova de Alumínio (g);
ma massa de água no calorímetro (g);
me equivalente em água do calorímetro (g);
CAl calor específico do Alumínio (cal/g°C);
Ca calor especifico da água (cal/g°C);
ToAl temperatura inicial do corpo de prova de Alumínio (°C);
Ta temperatura inicial da água (°C);
Te temperatura de equilíbrio térmico do sistema (°C);
Etapa 4
a) Realize os mesmos procedimentos de (a) a (m) da etapa 3, para a amostra de latão.
Determine seu calor especifico.
Referência Bibliográfica:
[1] Livro de Atividades Experimentais - Física Experimental - Termodinâmica - Trocas de Calor e Expansão Térmica dos Líquidos - Cidepe.