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Calorimetria – Calor Específico

Disciplina: Física Termodinâmica e Ondas
Professor: Cristiano Cancela da Cruz
Curso: Engenharia
Unidade: Garcez

DETERMINAÇÃO DO CALOR ESPECÍFICO DE SÓLIDOS

Introdução

O calor específico de uma substância é uma grandeza física que define sua variação de temperatura ao receber determinada quantidade de calor. Pode ser chamado de capacidade térmica mássica, pois não depende da massa da substância, e sim do material do qual é composta.

Cada substância possui um valor constante de calor específico para cada estado físico (sólido, líquido ou gasoso). A unidade no Sistema Internacional é J/kg·K (Joule por quilograma e Kelvin), mas também é comum o uso de cal/g·°C.

Fórmulas utilizadas:

• Relação entre capacidade térmica e calor específico:

  c=Cmc = \frac{C}{m}c=mC​

• Calor específico a partir da quantidade de calor:

  c=Qm⋅ΔTc = \frac{Q}{m \cdot \Delta T}c=m⋅ΔTQ​

• Princípio da troca de calor:

  $$\Delta Q=0$$

Tabela 1 – Calor específico de algumas substâncias

Objetivo

• Determinar o calor específico de sólidos aplicando os princípios da calorimetria.

Material Utilizado

Equipamentos do Laboratório Didático:

• Maleta 25 – Física Termodinâmica e Calorimetria

• Maleta 16 – Balança digital

Itens presentes nas maletas:

• Fonte térmica

• Copo de Béquer

• Termômetro

• Balança

• Corpo de prova em alumínio

• Calorímetro

• Proveta graduada

• Barbante

• Papel toalha (consumível)

• Recipiente com água

Roteiro Experimental

1ª Parte – Determinação da Capacidade Térmica do Calorímetro

1. Ligar a balança, colocar a proveta vazia e realizar a tara (zerar).

2. Adicionar 100 ml de água fria na proveta e medir a massa:

   • mH₂O = ______ g

   • Transferir a água para o calorímetro.

3. Medir a temperatura inicial da água no calorímetro:

   • Ti = ______ °C

4. Medir e pesar 40 ml de água:

   • mágua = ______ g

   • Colocar no béquer.

5. Aqueça até atingir cerca de 80 °C:

   • Tab = ______ °C

6. Transferir rapidamente a água aquecida para o calorímetro, fechar e agitar suavemente.

7. Medir a temperatura final de equilíbrio:

   • Tf = ______ °C

Cálculo da capacidade térmica do calorímetro:

C=−mH2O⋅c⋅(Tf−Ti)−maˊgua⋅c⋅(Tf−Tab)(Tf−Ti)C = \frac{ – m_{H2O} \cdot c \cdot (T_f – T_i) – m_{água} \cdot c \cdot (T_f – T_{ab}) }{(T_f – T_i)}C=(Tf​−Ti​)−mH2O​⋅c⋅(Tf​−Ti​)−maˊgua​⋅c⋅(Tf​−Tab​)​

(onde $c=1$ cal/g·°C)

2ª Parte – Determinação do Calor Específico de Sólidos (Alumínio)

1. Resfriar o calorímetro com água corrente.

2. Medir 60 ml de água, pesar e transferir para o calorímetro:

   • mágua = ______ g

3. Medir a temperatura inicial da água no calorímetro:

   • Ti = ______ °C

4. Medir a massa do corpo de prova (alumínio) e colocá-lo no béquer:

   • mAl = ______ g

5. Adicionar 100 ml de água ao béquer e aquecer até a ebulição.

6. Medir a temperatura do alumínio (água em ebulição):

   • TiAl = ______ °C

7. Retirar e mergulhar imediatamente o corpo de prova no calorímetro.

8. Medir a temperatura final do sistema após equilíbrio térmico:

   • Tf = ______ °C

Cálculo do calor específico do alumínio (cAl):

cAl=−Ccalorıˊmetro⋅(Tf−Ti)−maˊgua⋅caˊgua⋅(Tf−Ti)mAl⋅(Tf−TiAl)c_{Al} = \frac{ – C_{calorímetro} \cdot (T_f – T_i) – m_{água} \cdot c_{água} \cdot (T_f – T_i) }{m_{Al} \cdot (T_f – T_{iAl})}cAl​=mAl​⋅(Tf​−TiAl​)−Ccalorıˊmetro​⋅(Tf​−Ti​)−maˊgua​⋅caˊgua​⋅(Tf​−Ti​)​

Análise dos Resultados e Conclusões

1. Qual a substância utilizada no corpo de prova que você utilizou?
   Resposta: Alumínio.

2. Qual o valor tabelado do calor específico do alumínio?
   Resposta: 0,22 cal/g·°C.

3. Qual o valor encontrado para o calor específico do alumínio experimentalmente?
   Resposta: ______ cal/g·°C.

4. O calor específico depende da massa da substância? Explique.
   Resposta: Não. O calor específico é uma propriedade intensiva, ou seja, depende apenas do tipo de material, não da sua quantidade.

5. Por que é necessário aguardar alguns minutos após a ebulição da água para medir a temperatura e utilizar o corpo de prova?
   Resposta: Para garantir que o corpo de prova (alumínio) esteja na mesma temperatura da água (100 °C), assegurando precisão no cálculo do calor trocado.

6. Por que o calorímetro deve ser agitado após a introdução do corpo de prova?
   Resposta: Para garantir a homogeneidade térmica no interior do calorímetro e uma medição mais precisa da temperatura de equilíbrio.

7. O valor obtido para o calor específico do alumínio foi o esperado? Compare com o valor tabelado.
   Resposta: _______.