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calor específico =
quantidade de calor fornecido (massa do corpo).(variação de temperatura)
DETERMINAÇÃO DO CALOR ESPECÍFICO DE AMOSTRAS DE METAIS E
ÁGUA
1. Introdução
O Calor Específico ou Capacidade Calorífica Específica, c, é a razão entre a quantidade de calor fornecida à unidade de massa da substância (por exemplo 1,00g) e a elevação de temperatura provocada na substância. Matematicamente, escreve-se:
Os calores específicos de alguns elementos e substâncias foram medidos experimentalmente e alguns exemplos estão na tabela 1.
TABELA 1: Calores específicos de alguns elementos e substâncias medidos experimentalmente. Elemento ou Substância Cp / J.g-^1 .K-^1 Alumínio 0, Ferro 0, Cobre 0, Água 4,
Sob condições de pressão constante, a quantidade de calor, q, que é transferida de ou para um corpo de massa, m, está relacionada à variação de temperatura ΔT pela expressão:
q = Cp. m. ΔT (01)
A equação 01 evidencia não apenas a quantidade de calor, mas também o sentido da transferência de calor, ou seja, quando se determina a variação de temperatura do corpo, ΔT = (Temperatura final – Temperatura inicial). A diferença de temperatura tem sinal algébrico positivo (+) quando a temperatura do corpo se eleva (Tf > Ti) e q terá sinal positivo, também, isto significa que o calor foi transferido para o corpo. No caso oposto, o abaixamento de temperatura do corpo, significa que ΔT tem sinal negativo (-) e também q também será negativo; o calor foi transferido do corpo. Assim, a amostra de um metal foi aquecida em água fervente e transferida para um béquer contendo água na temperatura a 21ºC, a temperatura final do metal e da água foi de 23,1ºC. Aspectos importantes que devem ser compreendidos: A amostra metálica e a água ficam, ao final, na mesma temperatura (Tfinal). Princípio da conservação da energia: a energia térmica transferida para a água, ao se aquecer e a energia térmica transferida do metal ao se esfriar são numericamente iguais. A quantidade de calor do metal (q (^) metal) tem valor negativo, pois houve queda de temperatura quando o calor foi transferido do metal. A quantidade de calor da água (q (^) água) tem valor positivo, pois a temperatura da água se elevou pela transferência de calor para a água.
Então, q (^) metal = - q (^) água.
Se a quantidade de calor é transferida de um corpo para outro, então a equação 01 pode dar origem à equação 02:
Cp (^) metal. m (^) metal. (T (^) final - T (^) inicial) = - Cp (^) água. m (^) água. (T (^) final – T (^) inicial) (02)
A equação 02 pode ser usada para calcular a capacidade calorífica específica de uma substância (por exemplo um metal puro) a partir de medidas calorimétricas quando a capacidade calorífica específica do calorímetro e de seus conteúdos é conhecida. O calor específico de muitos metais pode ser determinado, satisfatoriamente, desta maneira usando calorímetros de copo de poliestireno. A capacidade calorífica da água pode ser determinada pelo aquecimento de uma certa massa, m, conhecida de água, sendo conhecidos a variação da temperatura (ΔT) e a quantidade de energia fornecida. Esse aquecimento pode ser efetuado com o uso de um ebulidor, onde a energia elétrica é transferida como energia térmica (E), e daí:
m T
E
Cp
Por outro lado, sabemos que:
E = V. I. t
R
V
I , então, R
VVt E
, ou seja, R
V t E
. Assim,
Rm T
V t Cp
Sendo V a voltagem, t o tempo de fornecimento de energia elétrica e R a resistência do ebulidor.
Este trabalho prático tem como objetivo medir a capacidade calorífica de um metal e da água.
2. Materiais e reagentes
Um termômetro digital – precisão: 0,1ºC Agitador magnético e barra magnética Cronômetro Balança (0,01g) Um multímetro Ebulidor Recipiente de alumínio (volume aproximadamente de 1,7L) Amostras de metais (cobre, alumínio e latão) em forma de cubo ou pequenos cilindros
Efetuar este procedimento três vezes, sem necessidade de trocar a água do copo de isopor. Todos os dados experimentais devem ser anotados na tabela 2.
Figura 2: Recipiente de isopor contendo a amostra aquecida imersa em água sob agitação.
3.2 – Medida da capacidade calorífica da água:
Anotar a resistência do ebulidor. Medir a voltagem da rede elétrica na tomada onde será ligado o ebulidor. Medir 1,0 L de água e transferir para o recipiente de alumínio. Colocar o ebulidor no interior da água. Ligar o ebulidor e acionar o cronômetro simultaneamente. Utilizando um termômetro digital (termopar) medir a temperatura, assim que atingir a faixa de 70 a 80ºC desligar o ebulidor e parar o cronômetro. Anotar o tempo e fazer a leitura da temperatura. Efetuar este procedimento três vezes. Todos os dados obtidos devem ser anotados na tabela 3.
4. Apresentação e Discussão dos Resultados
4.1 – Medida do Cp dos metais:
Os valores de temperatura e massa obtidos devem ser registrados na Tabela 2.
TABELA 2: Valores de temperatura e massa da água e da amostra. Medida Primeira Segunda Terceira Ti amostra / ºC Ti água / ºC Tf / ºC ∆T (^) água = Tf – Ti água ∆T (^) amostra = Ti amostra - Tf Massa da amostra / g Massa de água / g NOTA: Temperatura inicial do bloco metálico = Temperatura da água em ebulição = Ti amostra Temperatura inicial da água = Ti água Temperatura de equilíbrio = Temperatura final do sistema = Tf CpH2O = 4,184 J.g-1.K-
Calcular o Cp dos metais utilizando a equação 02.
5.2 – Medida do Cp da água:
Os valores de temperatura e massa obtidos devem ser registrados na Tabela 3.
TABELA 3: Valores medidos de temperatura e tempo da água. Medida Primeira Segunda Terceira Ti / ºC Tf / ºC ∆T / ºC Tempo / s Resistência / Voltagem / V Massa da água / g
O calor específico da água pode ser calculado pela equação 03. Discutir os resultados obtidos, os erros experimentais (%), as fontes desses erros e como minimizá-los.
