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Química Bacharelado. IEQ011

Relatório nº 4: Troca de Calor

Laboratório de Física I

Equipe: Emilly Cruz

George Oliveira

Prof. Joziano Rony de Miranda

Data da realização da experiência: 11/12/15

Data da entrega do relatório: 18/12/15

Manaus-AM

2015

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Sumário

Troca de Calor.....................................................................................................................................................3Introdução............................................................................................................................................................3Objetivos.............................................................................................................................................................3Fundamentação Teórica......................................................................................................................................3

Calorimetria.....................................................................................................................................................3Calorímetro......................................................................................................................................................4Equilíbrio Térmico..........................................................................................................................................5

Procedimento Experimental................................................................................................................................5Materiais utilizados.........................................................................................................................................5

Resultados e Discussão.......................................................................................................................................6Questões..............................................................................................................................................................7Conclusão............................................................................................................................................................8Referências..........................................................................................................................................................9

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Troca de Calor

Resumo. Neste experimento foi determinado o calor específico da água por meio do uso de um calorímetro, termômetro e um resistor utilizado para aquecer a água. Foi possível determinar a temperatura de equilíbrio e consequentemente encontrar a capacidade térmica do calorímetro através da capacidade calorífica da água.

Introdução

Termologia é a parte da física que estuda o calor, ou seja, ela tem como objeto de estudo as

manifestações dos tipos de energia que produzem variação de temperatura, aquecimento ou

resfriamento, ou mesmo a mudança de estado físico da matéria, quando ela recebe ou

perde calor. A termologia estuda de que forma esse calor pode ser trocado entre os corpos,

bem como as características de cada processo de troca de calor. (RESNICK, Robert;

HALLIDAY).

Calorimetria é a parte da física que estuda as trocas de energia entre corpos ou sistemas

quando essas trocas se dão na forma de calor. Calor significa uma transferência de energia

térmica de um sistema para outro, ou seja pode-se dizer que um corpo recebe calor, mas não

que ele possui calor. A Calorimetria é uma ramificação da termologia

As trocas de calor entre dois corpos de diferentes temperaturas podem proporcionar tanto

uma mudança em seus estados de agregação molecular, como em suas temperaturas; sendo

conveniente ressaltar que tais mudanças nunca ocorrem simultaneamente. (HEWITT,Paul

G.; FÍSICA CONCEITUAL).

 

Objetivos

Verificar experimentalmente, como ocorre o equilíbrio térmico, utilizando um calorímetro.

Obter a Medida da Capacidade Térmica de um calorímetro experimental.

Mostrar a aplicação do calorímetro para medir o calor específico de vários materiais

sólidos.

Fundamentação Teórica

CalorimetriaCalorimetria significa “medida de calor”. Calor é o nome dado à energia térmica em

trânsito de um corpo para outro devido a diferença de temperatura existente entre eles. Já a

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caloria (cal) é a quantidade de calor que deve ser fornecida a um grama de água, para elevar

sua temperatura de 1º C.

Capacidade térmica (ou capacidade calorífica) é a quantidade de calor que deve ser

fornecida a um corpo para elevar sua temperatura de 1°C. A capacidade térmica é função da

natureza do corpo e de sua massa, logo, trata-se de uma propriedade extensiva.

A capacidade térmica C é uma característica de cada corpo, diferentes blocos de chumbo

tem diferentes capacidades térmicas, apesar de serem da mesma substância (chumbo).

Calor latente de mudança de estado (L) é a quantidade de calor, por unidade de massa, que

é necessário fornecer ou retirar de certo corpo, sob certa pressão, para que ocorra a mudança

de estado sem variação de temperatura. HEWITT,Paul G.; FÍSICA CONCEITUAL 

Toda substância sob pressão constante sofre mudança de estado a uma dada temperatura.

Nas mesmas condições, uma mesma porção de massa de uma mesma substância

necessitará de uma mesma quantidade de calor para sofrer a mesma mudança de estado.

• Calor latente de fusão do gelo: LF = 80 cal/g

• Calor latente de solidificação da água: LS = − 80 cal/g

Calor específico (ou calor sensível, ou capacidade térmica mássica) é a quantidade de

calor, por unidade de massa, que é necessário fornecer ou retirar de um certo corpo, sob uma

certa pressão, para que ocorra uma variação de um grau em sua temperatura.

Calor específico da água:

ca = 1 cal /gºc = 4,18 J / g°c

Calorímetro

O calorímetro é basicamente constituído de uma câmara com

paredes adiabáticas (não permite troca de calor), provida de um

agitador e de um termômetro. A massa total dos componentes de um

calorímetro é conhecida e constante.

O calorímetro permite determinar:

A quantidade de calor liberado ou absorvido por uma

transformação física ou química realizada em seu interior.

O calor específico de uma substância

Calor latente de uma substância

O calor de reação, etc.

O calorímetro experimenta todas as trocas de calor necessárias para atingir o equilíbrio

térmico, logo, ele intervém e tem que ser considerado nos cálculos pertinentes à estas trocas.

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Como o calor específico do calorímetro é difícil de ser medido em virtude de ele ser

constituído de diversos materiais, podemos contornar esta dificuldade calculando sua

capacidade térmica.

Capacidade térmica de um calorímetro é a quantidade de calor que deve ser fornecida ao

calorímetro (vaso, tampa, agitador, termômetro, etc) para elevar sua temperatura de 1°C.

Uma vez determinada a capacidade térmica de um calorímetro, você não deve trocar

nenhuma de suas partes, se o calorímetro for modificado a sua capacidade térmica deve ser

determinada novamente.

Equilíbrio Térmico

A quantidade de energia térmica transferida da substância de maior temperatura para a de

menor temperatura, é associada à quantidade de calor que a substância de menor energia irá

receber.

Para calcular a quantidade de calor trocada ou (perdida ou recebida) por um corpo é

utilizada a equação a seguir:

Q = m.c.T

onde m é a massa do corpo, T é a variação de temperatura ocorrida e c é o calor específico

da substância.

Após certo tempo, a temperatura atinge um valor constante, ou seja, um equilíbrio térmico,

os corpos estão com a mesma energia térmica. Na situação de equilíbrio térmico, em um

sistema isolado (adiabático), temos que pelo princípio da conservação da energia, a

quantidade de calor perdida ou cedida por uma substância de maior energia é igual à

quantidade de calor ganha pela substância de menor energia. De uma forma geral, temos que:

Qganho = Qperdido

Procedimento Experimental

Materiais utilizados

Calorímetro

Béquer

Aquecedor elétrico

Termômetro

Foram medidos em um béquer 200 g de água onde sua

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temperatura era de 28°C. Esta quantidade foi levada ao calorímetro onde, com o auxílio de

um resistor foi aquecida até a tempera de 75°C.

Após essa medição, adicionamos mais 200g de água a 28° C no calorímetro, então

agitamos até adquirir temperatura constante de 48,1°C.

Resultados e Discussão

Tabela 1. Dados ColetadosTemperaturas °C

Ti Calorímetro 28º

Ti Água Fria 28º

T2i Água Quente 75º

T Equilíbrio Térmico 48,1°

Cálculos

Determinação da capacidade térmica do calorímetro

Onde:

Ti = 28º C

T2i = 75ºC

Massa água 1 = 200g

Massa água 2 = 200g

Tf = 48ºC

Questões

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1. Quais as providências que devem ser tomadas para que o resultado obtido seja mais

preciso?

Podem ser tomadas varias providencias na qual evidenciarei três soluções.

Um calorímetro que se aproxime perto do ideal

Um calorímetro cujo funcionamento seja mais próximo a de um sistema adiabático,

evitando perdas de calor pelas suas paredes e possíveis trocas com as vizinhanças.

Um termômetro preciso com uma precisão maior.

Rapidez para colocar a água quente evitando (para que não haja muita) perda

excessiva de calor para o ambiente.

Conclusão

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No experimento 1, foi observado que quando um sistema aquecido é posto em contato com

outro mais frio, o primeiro cede energia para o segundo. Essa energia é transferida sem que o

sistema aquecido necessariamente realize trabalho sobre o corpo frio. A energia que um corpo

quente cede a outro corpo frio sem que seja realizado trabalho é denominada calor. Portanto,

quando dois sistemas são colocados em contato mútuo, o corpo mais quente cede calor para o

mais frio. Quando o processo de transferência de calor chega ao fim, diz-se que os dois

sistemas estão em equilíbrio térmico um com o outro.

Também concluímos que a capacidade térmica é uma grandeza física que determina o calor

que é necessário fornecer a um corpo para produzir neste uma determinada variação de

temperatura. Ela é medida pela variação da energia interna necessária para aumentar em um

grau a temperatura de um material, sua unidade em SI pode ser cal/°C ou J/k.

Referências

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RESNICK, Robert; HALLIDAY, David; KRANE, Kenneth S.; FÍSICA II, 5ª edição,

volume 02; Ed. LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., 2003

HEWITT,Paul G.; FÍSICA CONCEITUAL 9ª edição, Porto Alegre: Bookman, 2002