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SUMÁRIO
- Resumo.................................................................................................................. 3
- Objetivos ................................................................................................................ 4
- Fundamento teórico .............................................................................................. 5
- Metodologia .......................................................................................................... 7
- Procedimento experimental .................................................................................. 8
- Resultados e Discussão ...................................................................................... 10
- Observações e conclusões .................................................................................. 13
- Bibliografia............................................................................................................. 14 1. Resumo
Por meio desse desenvolvimento experimental busca-se verificar como ocorre o equilíbrio térmico de um sistema. Medimos para isso a capacidade térmica de um calorímetro experimental e encontramos os calores específicos de diversos materiais sólidos (aço, alumínio e PVC). Utilizando conceitos de termodinâmica alcançamos resultados que satisfazem ao esperado em teoria.
2. Objetivos
- Verificar experimentalmente, como ocorre o equilíbrio térmico, utilizando um calorímetro.
calor para elevar a temperatura de uma determinada quantidade desse material em um determinado número de graus. Um grama de água ,por exemplo,requer uma caloria de energia para que sua temperatura se eleve em um grau Celsius. Apenas cerca de um oitavo dessa energia é gasto para elevar a temperatura de um grama de ferro na mesma quantidade de graus. A água absorve mais calor do que o ferro para uma mesma variação de temperatura. Diz-se, então, que a água possui capacidade térmica específica (calor específico) maior do que a do ferro. O calor específico de qualquer substância é definido como a quantidade de calor necessária para alterar a temperatura de uma unidade de massa da mesma em um grau. O calor específico é dado por:
A capacidade térmica, por sua vez, mede a quantidade de calor necessária para que haja uma variação unitária de temperatura em um determinado corpo.
C= (2)
A capacidade térmica de um corpo depende do material de que ele é constituído e da sua massa.
Para determinar a capacidade térmica de um calorímetro, utiliza-se o método das misturas e pelo princípio da conservação de energia += 0 tem-se:
Onde: = Massa de água quente; = Massa de água; = Temperatura da água aquecida; = Temperatura de equilíbrio do sistema; = Temperatura do sistema água calorímetro; = Calor específico da água; = Capacidade térmica do calorímetro.
Aplicando o mesmo método anterior agora para a determinação do calor específico para um material associado ao princípio de conservação de energia tem- se:
Onde: = Massa do metal; = Massa de água; = Temperatura do metal aquecido; = Temperatura de equilíbrio do sistema;
= Temperatura do sistema água calorímetro; = Calor específico do metal; = Calor específico da água; = Capacidade térmica do calorímetro.
O calor específico é uma quantidade que varia de material para material e que depende também da temperatura, pressão e volume. A Tabela 1 abaixo fornece o valor de c á temperatura ambiente para alguns materiais.
Tabela1: Calores específicos de metais e algumas substâncias líquidas.
Material Calor específico () Chumbo 0, Tungstênio 0, Prata 0, Cobre 0, Alumínio 0, Latão 0, Granito 0, Vidro 0, Gelo 0, Mercúrio (liquido) 0, Álcool etílico 0, Água 1,
4. Metodologia
- Utilizamos um calorímetro experimental.
- Utilizamos o conceito de termodinâmica (calorimetria) e um termômetro para calcular a capacidade térmica do calorímetro.
- Utilizamos blocos de materiais diferentes e determinamos seus calores específicos.
Figura 1: Calorímetro de misturas e acessórios usados no experimento.
Procedimento Parte 1: Medida da Capacidade Térmica do calorímetro
- Colocamos uma quantidade de água no calorímetro, medindo sua massa e a temperatura da água no calorímetro.
- Aquecemos uma certa quantidade de água de massa aquecida.
- Misturamos a água aquecida no calorímetro, esperamos a temperatura estabilizar e medimos a temperatura de equilíbrio.
- Usando a equação 4, calculamos a capacidade térmica do calorímetro.
- Repetimos três o processo, do item (1) ao (4), usando o mesmo calorímetro e calculamos o valor médio da capacidade térmica.
Parte 2: Medida do calor específico de alguns sólidos
- Colocamos uma quantidade de água no calorímetro, que posteriormente cobriu o bloco de metal que seria medido o calor específico.
- A água no calorímetro teve sua massa medida, em gramas, e a temperatura da água e do calorímetro em °C também foi medida.
- O bloco de metal foi aquecido e colocado dentro do calorímetro, mergulhado dentro da água.
- Agitamos o sistema água metal. Após alguns minutos, após o sistema estabilizar, medimos a temperatura de equilíbrio.
- Usamos a equação 5 para calcular o calor específico do metal. Repetimos o procedimento do item 1 ao 5 e calculamos o calor específico de cada um dos blocos fornecidos.
- Comparamos os valores obtidos, calculando o erro relativo percentual, em cada caso, em relação ao calores específicos mostrados na tabela 1.
6. Resultados e discussão
O experimento foi dividido em duas partes: a primeira para determinar a medida da Capacidade Térmica do calorímetro e a segunda para calcular os calores específicos de blocos de materiais diferentes (alumínio, aço e PVC).
Parte 1: Medida da capacidade térmica do calorímetro
O início do experimento se deu com a pesagem do calorímetro utilizando uma balança previamente nivelada e tarada. Em seguida, colocamos água fria e medimos a temperatura do sistema água calorímetro. Novamente fizemos a pesagem, dessa vez do sistema água calorímetro, e determinamos a massa da água fazendo a diferença entre a massa total do sistema com a massa do calorímetro. Utilizando uma resistência esquentamos uma certa quantidade de água e medimos sua temperatura. Posteriormente misturamos esta no calorímetro e, usando o mesmo procedimento que foi utilizado para medir a massa da água fria,
Tabela 4: Dados tomados das massas de água fria (), da massa do material aço () e suas respectivas temperaturas e , assim como, a sua temperatura de equilíbrio. Estes dados serão utilizados para determinar o calor específico do material.
n ) 1 122,1 96,7 4 85 10 0, 2 110,2 96,7 3 92 10 0, Média do calor específico 0,
Buscando alcançar o valor do calor específico do PVC foi necessário repetir os procedimentos já realizados anteriormente. Os dados coletados seguem na tabela 5.
Tabela 5: Dados tomados das massas de água fria (), da massa do material PVC () e suas respectivas temperaturas e , assim como, a sua temperatura de equilíbrio. Estes dados serão utilizados para determinar o calor específico do material.
n ) 1 91,3 13,8 3 94 7 0, 2 108,2 13,8 6 90 9 0, Média do calor específico 0,
Tabela de resultados:
A partir de todos os dados coletados e o cálculo da média dos calores específicos de cada material utilizado, foi possível determinar os erros percentuais que cada um dos resultados apresenta em relação aos valores esperados com base na teoria. Esses dados podem ser observados na tabela 6.
Tabela 6: Valores dos calores específicos teóricos () e experimental (), assim como, o erro porcentual () correspondente a cada material.
Material Alumínio 0,251 0,256 2, Aço 0,109 0,113 3, PVC 0,250-350 0,348 ------
7. Observações e conclusões
A partir deste desenvolvimento experimental foi possível determinar a capacidade térmica do calorímetro experimental e o calor específico de três materiais: alumínio, aço e PVC. Comparando os resultados aos valores esperados, pode-se perceber que os calores específicos do alumínio e do aço determinados experimentalmente são bem próximos do que é considerado correto, portanto, apresentam baixo percentual de erro. O erro do PVC não se pode determinar, já que o resultado esperado apresenta um taxa e não um valor específico, mas é possível perceber que o valor obtido encontra-se dentro dessa faixa esperada. Assim, os resultados podem ser considerados válidos a partir do momento que se assemelham ao esperado.
