capacidade térmica mássica sólido

7/23/2019 Capacidade Térmica Mássica Sólido

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ISEP – Instituto Superior de Engenharia do Porto

Engenharia de Instrumentação

e Metrologia

Capacidade Térmica

Mássica de um Sólido

TERAP – Termodinâmica Aplicada

Docente: Maria Ribeiro

!"!#"$#!%

Curso: E&M

Turma: $DA

João Ribeiro-1111263

Paulo Moreira-

1




Sumário

A presente atividade laboratorial tem como objetivo a determinação do valor da capacidade

térmica mássica de um objeto metálico, neste caso, o mercrio recorrendo ao método das misturas e

posterior comparação com os valores tabelados! Primeiramente, ligou"se um tubo entre a estu#a e o

ebulidor de modo a a$uecer o corpo metálico $ue se encontrava na estu#a através do vapor de água!En$uanto o corpo atingia os %& '( determinou"se a constante do calor)metro!

2




Índice

Introdução te*rica!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!+

Parte Eperimental!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!-

.esultados /btidos!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!0

(álculos!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!1

(onclusão!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!%

Aneos!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!23

Aneo A!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!23

Aneo 4!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!22

Aneo (!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!25

4ibliogra#ia!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!2+

3




Introdução teórica Caacidade !"rmica Má##ica

A capacidade térmica mássica 6c7 é uma propriedade de cada subst8ncia, onde se podecomparar, no mesmo valor de massa de duas subst8ncias, $ual delas é necessário #ornecer mais energiapara a temperatura variar 2 9elvin! Para 2 9g de #erro é necessário #ornecer :,- 9; de energia paraaumentar a temperatura de 53 para +3'( 6variação de graus (elsius é igual < variação de 9elvin7 maspara 2 9g de água l)$uida é necessário nove ve=es esse valor de energia! A unidade do SistemaInternacional é ;>9g"2>?"2! A epressão usada para calcular a capacidade térmica mássica é a seguinte@

Se o sistema so#re uma mudança de temperatura, d, a capacidade térmica mássica, ou calor

espec)#ico, do sistema, é de#inido como@

Princ$io do m"todo da# mi#tura#

A determinação da capacidade térmica mássica de uma subst8ncia pode ser obtida pelo método

das misturas! Bo caso da determinação da capacidade térmica de um s*lido, recorre"se a um calor)metrode capacidade térmica conhecida, onde se mistura uma dada $uantidade de água, < temperatura Cágua,com uma amostra do s*lido, < temperatura Cs*lido, obtendo"se a temperatura #inal da mistura noe$uil)brio C%!

Calor

/ calor 6abreviado por D7 é a #orma de transmitir energia térmica entre dois corpos através dadi#erença de temperaturas eistente entre eles!

Suponhamos $ue se procede ao a$uecimento 6numa estu#a7, até uma temperatura C2 de umcorpo de massa m e de capacidade térmica mássica c, o $ual, ap*s a$uecido, é introdu=ido numcalor)metro contendo uma determinada massa 2 de água < temperatura C3!

Estabelecido o e$uil)brio térmico, o sistema apresenta uma temperatura #inal C #, A $uantidade decalor,D2,cedida pelo corpo é dada por@

A $uantidade de calor D5 recebida pela água e pelo calor)metro poderá ser representada por@

/nde E representa a constante do calor)metro, ou e$uivalente em água do calor)metro, isto é, amassa de água $ue para elevar a sua temperatura de 2F(, absorve a mesma $uantidade de calor

recebida pelo vaso do calor)metro e acess*riosG e c ́a capacidade térmica mássica da água!(omo D2 tem de ser igual a D5 6igualando as trocas de calor7 obtemos@

4




Em ordem a c obtemos@

Calor$metro

/ calor)metro é um instrumento usado para a determinação do calor envolvido numa mudançade estado de um sistema 6mudança de #ase, de temperatura, de pressão, de volume, de composição$u)mica ou $ual$uer outra propriedade envolvida na troca de calor7! / aparelho está isoladotermicamente de modo a não eistir trocas de energia do interior do calor)metro para o meio ambiente!

&'uil$brio t"rmico

Duando dois corpos com temperaturas distintas são colocados perto um do outro em um mesmoambiente, há uma troca de energia térmica entre eles sob a #orma de calor! Ao longo do tempo, elestendem a ter a mesma temperatura, ou seja, ad$uirem o e$uil)brio térmico! / corpo $ue apresentavatemperatura mais alta perde energia térmica, en$uanto o outro corpo ganha energia e tem suatemperatura elevada!

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Parte &(erimentalEs$uema de ontagem

)i*+ 1 - &#'uema de Monta*em

,&&./0

A" Agitador4"erm*metro

("Haso interior"Haso eteriorE"(orpo metálicoJ"Estu#aK"Ebulidor

Procedimento Eperimental@

Em primeiro lugar, a$ueceu"se o corpo metálico $ue se encontrava dentro da estu#a, e$uipada

com um term*metro, até cerca de %& '(! En$uanto o corpo metálico a$uecia, colocou"se, com a ajuda

me uma proveta, no vaso interior do calor)metro 2-3 ml de água! Passados cerca de 23 minutos, com o

term*metro leu"se e registou"se a temperatura inicial do calor)metro e da água contida no mesmo! ediu"

se, com a ajuda da proveta 533 ml de água, e a$ueceu"se a mesma numa tina até 13 '( e adicionou"se

ao vaso interior do calor)metro! Leu"se e registou"se o valor da temperatura do interior do vaso do

calor)metro, $uando este atingiu a temperatura máima! eitou"se #ora a água contida dentro do vaso

interior do calor)metro, e secou"se bem o mesmo! (om a ajuda da proveta, mediu"se novamente2-3 ml

de água, introdu=iu"se no vaso interior do calor)metro, agitou"se a água! (om o term*metro leu"se e

registou"se a temperatura inicial do calor)metro! Ap*s o term*metro da estu#a estabili=ar, leu"se e

registou"se a temperatura $ue é a temperatura inicial do corpo! Introdu=iu"se, o m ais rápido poss)vel, o

corpo na água eistente no vaso interior do calor)metro pela abertura central eistente! (olocou"se #ora a

água contida dentro do vaso interior do calor)metro, e secou"se o mesmo! Através da balança digital

eistente, determinou"se o peso do corpo metálico!

6




Re#ultado# btido#

/eterminação da con#tante do calor$metro

!abela 1 4alore# e(erimentai#

M1 2-3 ml

M2 533 ml

1 °(

2 °(

3 °(

/eterminação da caacidade t"rmica má##ica do coro metálico

!abela 2 4alore# e(erimentai#

m +- g

M1 233 ml

5 °(

1 °(

% °(

7




Cálculo#

(apacidade térmica mássica da água, cMN:!2% ;!g"2!F("2

/eterminação da con#tante do calor$metro

E=

M 2× (❑2

−❑3 )− M

1× (❑3

−❑1 )

(❑3−❑1 )

E=200× (70−44,5 )−100× (44,5−18 )

(44,5−18) =

4700−2650

26,5=2050

26,5=77,36 g

/eterminação da caacidade t"rmica má##ica do coro metálico

c=¿

M

(¿¿ 1+ E)× (❑f −❑0 )m× (❑1−❑f )

¿

c=¿

100

(¿¿ +77,36)× (21,6−19,7 )

35× (98−21,6 ) =

336,98

2674=0,1260 J .g

−1. °C

−1

¿

&rro# 0##ociado#(Exemplo de cálculo dos erros - Anexo A)

(omparando o valor da capacidade térmica mássica calculada e os intervalos de temperaturaobtidos com os valores tabelados, conclui"se $ue o material do corpo metálico seria provavelmente o !Assim, comparou"se o valor calculado com o te*rico 6 ;!g"2!F("27, determinando"se os erros associados!

A tabela 3 apresenta os valores dos erros associados ao con#ronto entre valor te*rico e o valorcalculado!

!abela 3- &rro# 0##ociado#

Halor calculado6;!g"2!F("27

Halor te*rico6;!g"2!F("27

Erro absoluto6;!g"2!F("27

Erro relativo6O7

8




3,2+&

9




Incertea# 0##ociada# ao# In#trumento# 7tiliado#

(Cálculo das incertezas - anexo A)

!abela 8 - Incertea-adrão do termómetro

Incertea-adrão u9(i:

3,35% F(

!abela ; - Incertea-adrão da Pro<eta

Incertea-adrão u9(i:

3,5&% mL

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Conclu#ão

Ba presente atividade laboratorial ,para a determinação da capacidade térmica mássica de umobjeto metálico, utili=ou"se o método das misturas!

/bteve"se eperimentalmente um valor de g para a constante do calor)metro e ;! g

"2

!(

"2

para acapacidade térmica, $ue comparativamente aos valores tabelados, veri#icou"se $ue o material em estudoera o ! / erro absoluto calculado #oi de ;! g"2

!("2, sendo o erro relativo de O!

endo em conta o con#ronto dos erros entre o valor obtido e o valor te*rico, pode"se a#irmar, $ueos objetivos #oram atingidos!

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0ne(o#

0ne(o 0

Re#olução do# In#trumento# erm*metro@ 3,2 F(G

Proveta@ 2 mL!

Incertea 0##ociada ao# In#trumento# 7tiliado#

!ermómetro

a N 3,2 5 N 3,3-

u9 xi : N 3,3- √ 3 N 3,35% F(

Pro<eta

a N 2 5 N 3,-s

u9 xi : N 3,- √ 3 N 3,5&% mL

Cálculo do# &rro#

&rro 0b#oluto N valor calculado – valor médio &rro Relati<o N 6Qerro absolutoQvalor médio7 233

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0ne(o =

>ue#t?e# Colocada#

1: iga justi#icando se é verdadeira ou #alsa a seguinte a#irmação@ RA capacidade térmica

mássica caracteri=a o corpo e não a subst8ncia $ue o constitui!

2: Será poss)veis dois corpos de materiais di#erentes terem a mesma capacidade térmicaT

>ue#t?e# Re#ondida#

27 A a#irmação é #alsa, já $ue, a capacidade térmica caracteri=a o corpo e a capacidadetérmica caracteri=a o material $ue constitui o corpo! Isto deve"se ao #acto da capacidade térmica nãodepender da massa dos materiais, pelo $ue caracteri=a apenas o corpo #isicamente, pelo seucomportamento em determinadas condiçUes! ;á a capacidade térmica mássica é espec)#ica a cada corpodentro um certo conjunto de temperaturas, a pressão constante!

2: Sim, pois a capacidade térmica não é uma caracter)stica do material, mas sim doscorpos! Se esses corpos possu)rem as mesmas propriedades #)sicas inclu)das no cálculo do calortérmico, então este será igual para os dois!

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0ne(o C

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=iblio*ra%ia

@1A Kuião de laborat*rio@ R/&)I-.RM-155B!

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capacidade térmica mássica sólido

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