experimento calorimetria

7/17/2019 Experimento Calorimetria

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SUMÁRIO

1. Resumo.................................................................................................................. 3

2. Objetivos ................................................................................................................ 4

3. Fundamento teórico .............................................................................................. 5

4. Metodologia .......................................................................................................... 7

5. Procedimento e!erimental .................................................................................. "

#. Resultados e $iscuss%o ...................................................................................... 1&

7. Observa'(es e conclus(es .................................................................................. 13". )ibliogra*ia............................................................................................................. 14

1



1. Resumo

Por meio desse desenvolvimento e!erimental busca+se veri*icar como ocorre o

e,uil-brio trmico de um sistema. Medimos !ara isso a ca!acidade trmica de umcalor-metro e!erimental e encontramos os calores es!ec-*icos de diversos materiaissólidos /a'o0 alum-nio e P. tiliando conceitos de termodin6mica alcan'amosresultados ,ue satis*aem ao es!erado em teoria.

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2. Objetivos

eri*icar e!erimentalmente0 como ocorre o e,uil-brio trmico0 utiliando umcalor-metro. Medida da a!acidade 8rmica de um calor-metro e!erimental. Mostrar a a!lica'%o do calor-metro !ara medir o calor es!ec-*ico de v9riosmateriais sólidos.

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3. Fundamento teórico

alor o *luo de energia de um objeto !ara outro devido a uma di*eren'a detem!eratura0 uma ve ,ue o calor uma *orma de energia0 ele !ode ser medido. :

!arte da *-sica ,ue estuda os *en;menos associados as trocas desse ti!o deenergia/calor a calorimetria.O !rinc-!io b9sico da calorimetria o de ,ue se v9rios cor!os0 no interior de um

reci!iente isolado termicamente0 trocam calor0 os de maior tem!eratura cedem calor aos de menor tem!eratura0 at ,ue se estabele'a um e,uil-brio trmico.

<ubst6ncias di*erentes !ossuem di*erentes ca!acidades de armaenamento deenergia interna0 ou seja0 di*erentes materiais re,uerem di*erentes ,uantidades decalor !ara elevar a tem!eratura de uma determinada ,uantidade desse material emum determinado n=mero de graus.

m grama de 9gua 0!or eem!lo0re,uer uma caloria de energia !ara ,ue suatem!eratura se eleve em um grau elsius. :!enas cerca de um oitavo dessa

energia gasto !ara elevar a tem!eratura de um grama de *erro na mesma,uantidade de graus. : 9gua absorve mais calor do ,ue o *erro !ara uma mesmavaria'%o de tem!eratura. $i+se0 ent%o0 ,ue a 9gua !ossui ca!acidade trmicaes!ec-*ica /calor es!ec-*ico maior do ,ue a do *erro.

O calor es!ec-*ico de ,ual,uer subst6ncia de*inido como a ,uantidade de calor necess9ria !ara alterar a tem!eratura de uma unidade de massa da mesma em umgrau. O calor es!ec-*ico dado !or>

c=

ΔQ

ΔT (1)

: ca!acidade trmica0 !or sua ve0 mede a ,uantidade de calor necess9ria !ara,ue ?aja uma varia'%o unit9ria de tem!eratura em um determinado cor!o.

@ ΔQ

m.ΔT /2

: ca!acidade trmica de um cor!o de!ende do material de ,ue ele constitu-doe da sua massa.

C =m.c /3

Para determinar a ca!acidade trmica de um calor-metro0 utilia+se o mtodo

das misturas e !elo !rinc-!io da conserva'%o de energia Q Perdido A QGanho @ & tem+

se>

C c=mq . ca. (T i−T e)−ma .ca .(T e−T o)

t e−t o(4 )

4



Onde>mq @ Massa de 9gua ,uenteB

ma @ Massa de 9guaB

T i @ 8em!eratura da 9gua a,uecidaB

T e @ 8em!eratura de e,uil-brio do sistemaB

T o @ 8em!eratura do sistema 9gua calor-metroB

ca @ alor es!ec-*ico da 9guaB

C c @ a!acidade trmica do calor-metro.

:!licando o mesmo mtodo anterior agora !ara a determina'%o do calor es!ec-*ico !ara um material associado ao !rinc-!io de conserva'%o de energia tem+se>

cm=ma . ca . (T e−T o )+C c .(T e−T o)

mm .(t i−t e) (5)

Onde>mm @ Massa do metalB

ma @ Massa de 9guaB

T i @ 8em!eratura do metal a,uecidoB

T e @ 8em!eratura de e,uil-brio do sistemaB

T o @ 8em!eratura do sistema 9gua calor-metroB

cm @ alor es!ec-*ico do metalB

ca @ alor es!ec-*ico da 9guaB

C c @ a!acidade trmica do calor-metro.

O calor es!ec-*ico uma ,uantidade ,ue varia de material !ara material e ,uede!ende tambm da tem!eratura0 !ress%o e volume. : 8abela 1 abaio *ornece ovalor de c 9 tem!eratura ambiente !ara alguns materiais.

8abela1> alores es!ec-*icos de metais e algumas subst6ncias l-,uidas.

5



Material alor es!ec-*ico / cal/ gºC

?umbo &0&3&5

8ungstCnio &0&321Prata &05#4&

obre &0&D53

:lum-nio &0251&

Eat%o &0&D2&

ranito &01D&&

idro &02&&&

elo &053&&

Merc=rio /li,uido &0&33&

Glcool et-lico &05"&&

Ggua 10&&&&

4. Metodoloia

tiliamos um calor-metro e!erimental. tiliamos o conceito de termodin6mica /calorimetria e um term;metro !aracalcular a ca!acidade trmica do calor-metro. tiliamos blocos de materiais di*erentes e determinamos seus calores es!ec-*icos.

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!. "rocedimento e#$erimental

Materiais e equipamentos

)alan'a digital alor-metro o!o de b,uer 8erm;metro de merc=rio

Ggua )locos de alum-nio0 a'o e P. ResistCncia

Figura 1> alor-metro de misturas e acessórios usados no e!erimento.

Procedimento

Parte 1: Medida da Capacidade Térmica do calorímetro

7



1 olocamos uma ,uantidade de 9gua no calor-metro0 medindo sua massa ma e

a tem!eratura da 9gua no calor-metro.

2 :,uecemos uma certa ,uantidade de 9gua de massa mq a,uecida.

3 Misturamos a 9gua a,uecida no calor-metro0 es!eramos a tem!eratura estabiliar e medimos a tem!eratura de e,uil-brio.4 sando a e,ua'%o 40 calculamos a ca!acidade trmica do calor-metro.5 Re!etimos trCs o !rocesso0 do item /1 ao /40 usando o mesmo calor-metro ecalculamos o valor mdio da ca!acidade trmica.

Parte 2: Medida do calor específico de alguns sólidos

1 olocamos uma ,uantidade de 9gua no calor-metro0 ,ue !osteriormente cobriu o

bloco de metal ,ue seria medido o calor es!ec-*ico cm .

2 : 9gua no calor-metro teve sua massa ma medida0 em gramas0 e a tem!eratura

da 9gua e do calor-metro t o em H tambm *oi medida.

3 O bloco de metal *oi a,uecido e colocado dentro do calor-metro0 mergul?adodentro da 9gua.4 :gitamos o sistema 9gua metal. :!ós alguns minutos0 a!ós o sistema estabiliar0

medimos a tem!eratura de e,uil-brio t e .

5 samos a e,ua'%o 5 !ara calcular o calor es!ec-*ico do metal. Re!etimos o!rocedimento do item 1 ao 5 e calculamos o calor es!ec-*ico de cada um dos blocos*ornecidos.# om!aramos os valores obtidos0 calculando o erro relativo !ercentual0 em cadacaso0 em rela'%o ao calores es!ec-*icos mostrados na tabela 1.

8



%. Resultados e discuss&o

O e!erimento *oi dividido em duas !artes> a !rimeira !ara determinar amedida da a!acidade 8rmica do calor-metro e a segunda !ara calcular os calores

es!ec-*icos de blocos de materiais di*erentes /alum-nio0 a'o e P.

"arte 1' Medida da ca$acidade t(rmica do calor)metro

O in-cio do e!erimento se deu com a !esagem do calor-metro utiliando umabalan'a !reviamente nivelada e tarada. Im seguida0 colocamos 9gua *ria e medimosa tem!eratura do sistema 9gua calor-metro. Jovamente *iemos a !esagem0 dessave do sistema 9gua calor-metro0 e determinamos a massa da 9gua *aendo adi*eren'a entre a massa total do sistema com a massa do calor-metro.

tiliando uma resistCncia es,uentamos uma certa ,uantidade de 9gua emedimos sua tem!eratura. Posteriormente misturamos esta no calor-metro e0usando o mesmo !rocedimento ,ue *oi utiliado !ara medir a massa da 9gua *ria0determinamos a massa da 9gua ,uente. Kuando a tem!eratura do sistemaestabiliou medimos a tem!eratura de e,uil-brio.

Realiamos estes !rocedimentos trCs vees e0 usando a e,ua'%o 40calculamos a a!acidade 8rmica do calor-metro !ara cada uma delas0 e de!ois asua mdia. Os dados coletados !odem ser observados na tabela 2.

9



8abela 2> $ados tomados das massas de 9gua *ria / mf e ,uente / mq e suas

res!ectivas tem!eraturas T o e T i 0 assim como0 a sua tem!eratura de e,uil-brio

T (¿¿ e)¿

0 de um calor-metro de massa D7 g.

Medida mf (g) g

mq ¿ *T i(° C ) T o(°C ) T e(° C ) C c(cal /° C )

1 1240D "1 4 2# 2# 170352 1250& "1 5 31 31 1#0533 11&05 "& # 35 35 1#074

M(dia da +a$acidade ,(rmica 1%-/

"arte 2' Medida do calor es$ec)0ico de sólidos

: segunda !arte do e!erimento teve in-cio com a !esagem dos blocosutiliados /alum-nio0 a'o e P.

olocamos 9gua *ria no calor-metro e medimos a massa e tem!eratura dosistema 9gua calor-metro e obtemos a massa da 9gua.

Is,uentamos o bloco de alum-nio0 medimos sua tem!eratura e colocamos nocalor-metro. Kuando a tem!eratura estabiliou0 medimos a tem!eratura de e,uil-briodo sistema.

Re!etimos os !rocedimentos e0 usando a e,ua'%o 50 calculamos o calor es!ec-*ico do alum-nio e em seguida0 sua mdia. Os dados !odem ser observadosna tabela 3.

8abela 3> $ados tomados das massas de 9gua *ria / mf 0 da massa do material alum-nio /

mm e suas res!ectivas tem!eraturas T f e T m 0 assim como0 a sua tem!eratura de

e,uil-brio

T

(¿¿ e)¿

. Istes dados ser%o utiliados !ara determinar o calor es!ec-*ico do

material cm .

n mf (g) g

mm¿ *T f (°C ) T m(°C ) T e(°C ) C m (cal/°C )

1 "401 3&0# 7 #2 11 &025D

2 1##03 3&0# D "& 12 &0253M(dia do calor es$ec)0ico -2!%

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Para determinar o calor es!ec-*ico do a'o0 re!etimos os !rocedimentos

anteriores. Os dados re*erentes a este !rocedimento !odem ser observados natabela ,ue segue.

8abela 4> $ados tomados das massas de 9gua *ria / mf 0 da massa do material a'o /

mm e suas res!ectivas tem!eraturas T f e T m 0 assim como0 a sua tem!eratura de

e,uil-brio

T

(¿¿ e)

¿. Istes dados ser%o utiliados !ara determinar o calor es!ec-*ico do

material cm .

n mf (g) g

mm¿ *T f (°C ) T m(°C ) T e(°C ) C m (cal/°C )

1 12201 D#07 4 "5 1& &01152 11&02 D#07 3 D2 1& &0112

M(dia do calor es$ec)0ico -113

)uscando alcan'ar o valor do calor es!ec-*ico do P *oi necess9rio re!etir os !rocedimentos j9 realiados anteriormente.

Os dados coletados seguem na tabela 5.

8abela 5> $ados tomados das massas de 9gua *ria / mf 0 da massa do material P /

mm

e suas res!ectivas tem!eraturas

T f e

T m0 assim como0 a sua tem!eratura de

e,uil-brio

T

(¿¿ e)¿

. Istes dados ser%o utiliados !ara determinar o calor es!ec-*ico do

material cm .

n mf (g) g

mm¿ *T f (° C ) T m(°C ) T e(° C ) C m (cal /°C )

1 D103 130" 3 D4 7 &03#&2 1&"02 130" # D& D &0335

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M(dia do calor es$ec)0ico -34

,abela de resultados'

: !artir de todos os dados coletados e o c9lculo da mdia dos caloreses!ec-*icos de cada material utiliado0 *oi !oss-vel determinar os erros !ercentuais,ue cada um dos resultados a!resenta em rela'%o aos valores es!erados com basena teoria.

Isses dados !odem ser observados na tabela #.

8abela #> alores dos calores es!ec-*icos teóricos / cm−teórico e e!erimental /

cm−experimental 0 assim como0 o erro !orcentual / er corres!ondente a cada material.

Material C m (cal /°C ) C m (cal /°C ) er()

:lum-nio &0251 &025# 20& :'o &01&D &0113 307P &025&+35& &034" ++++++

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/. Observaes e concluses

: !artir deste desenvolvimento e!erimental *oi !oss-vel determinar aca!acidade trmica do calor-metro e!erimental e o calor es!ec-*ico de trCsmateriais> alum-nio0 a'o e P.

om!arando os resultados aos valores es!erados0 !ode+se !erceber ,ue os

calores es!ec-*icos do alum-nio e do a'o determinados e!erimentalmente s%o bem!róimos do ,ue considerado correto0 !ortanto0 a!resentam baio !ercentual deerro. O erro do P n%o se !ode determinar0 j9 ,ue o resultado es!erado a!resentaum taa e n%o um valor es!ec-*ico0 mas !oss-vel !erceber ,ue o valor obtidoencontra+se dentro dessa *aia es!erada.

:ssim0 os resultados !odem ser considerados v9lidos a !artir do momento,ue se assemel?am ao es!erado.

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. ibliora0ia

L1 N:EE$:0 $.0 R. RI<JQ Q. <. QR:JI0 F-sica 0 Id. E8B

L2 PROFI<<OR> $R. IJRKI PI8IR R:< P:$EE:. Roteiro e!erimental02&1&.

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