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Estudo sobre os calorímetros e suas capacidades térmicas
Tipologia: Trabalhos
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Trabalho apresentado à disciplina de Física Experimental II, cursos de Engenharias Civil e Elétrica, da Fa- culdade de Ciências Sociais e Agrá- rias de Itapeva.
ABSTRACT: The history of man has been linked to heat since its earliest days. This type of energy is so important that it eventually gained its own field of study, calorimetry, presenting us with several requirements, such as thermal capacity, latent heat and sensitive heat, etc. Thermal capacity is the ratio between the amount of heat supplied to a body and the temperature variation observed in it. Using a calorimeter, containers with 150 ml of cold water and hot water, and a thermometer, an experiment was carried out aiming to calculate the thermal capacity of the calorimeter used. For this, the temperatures of the specimens and their mixture were measured, thus reaching, through some equations, the results sought in the research. Keywords: Water; Heat; Temperature.
Tabela 01. Dados obtidos para cálculo da Capacidade Térmica do Calorímetro......
8 1.0. INTRODUÇÃO Desde os primórdios da humanidade o homem tem contato com a natureza. A partir dessa ligação acabou-se descobrindo diversos tipos de energias, sendo uma das mais conhecidas o Calor. No entanto, em meados no século XIV, um físico bri- tânico chamado James Prescott Joule comprovou que, a transferência dessa ener- gia ocorre quando dois corpos de temperaturas diferentes entram em contato, sur- gindo uma interação enérgica entre eles, fazendo com que a temperatura maior transfira energia para a temperatura menor, até que seja alcançado um equilíbrio térmico. A calorimetria é uma técnica físico-química que consiste na medição do calor, com aplicação ampla em diversos campos, especialmente na termodinâmica, usada também em processos industriais para o estabelecimento de condições ótimas de processos, onde a temperatura desempenha papel primordial, como por exemplo, processos de secagem, aquecimento e resfriamento de alimentos. (SANTOS, 2011) Segundo Neves (2015) “capacidade térmica ou capacidade calorífica é a grandeza física que determina o calor que é necessário fornecer a um corpo para produzir neste uma determinada variação de temperatura”, ou seja, é a indicação de calorias necessárias para um corpo mudar sua temperatura. O objetivo desse trabalho é a determinação da capacidade térmica do calorí- metro utilizado.
10 a Figura 03. Então, tornou-se a medir com o termômetro um terceiro dado, agora das águas misturadas (Figura 04). Figura 03. Calorímetro com água fria e quente Fonte: Autores, 2019 Figura 04. Medindo a temperatura da água misturada Fonte: Autores, 2019 2.1. Fórmulas Eq. 01 : Utilizada para calcular a quantidade de calor sensível. Quantidade de calor sensível: Q = m× c × ∆ t Eq. 02 : Utilizada para calcular o balanço energético. Balanço energético: ΣΔQrecebidoQrecebido = ΣΔQrecebidoQcedido Eq. 03: Utilizada para calcular a densidade. Densidade: D =^ m V Onde:
11 (^) Q = Quantidade de calor sensível; m = Massa; c = Capacidade térmica; (^) ∆ t = Variação de tempe- ratura; D = Densidade; V = Volume; 3.0. RESULTADOS E DISCUSSÃO Calculando-se a massa respectiva aos 150 ml de água quente e água fria que foram utilizadas, através da fórmula da Densidade, considerando o valor de densi - dade da água igual a 1 g/cm^3 , pôde-se encontrar o equivalente a 150 gramas. Medindo-se as diferentes temperaturas com o auxílio do termômetro encon- traram-se 32 °C para água quente e 10 °C para água fria. Quando estas foram colo- cadas no calorímetro, estabeleceu-se o equilíbrio térmico, ou seja, o sistema atingiu a temperatura de equilíbrio (LOPES, 2019), que nesse caso corresponde a 22 °C. Como a água fria foi colocada primeiro, o calorímetro adotou a temperatura da mesma. Portanto sua temperatura inicial também é 10 °C. Com todos os dados já conhecidos, calculou-se então o valor de Capacidade Térmica do Calorímetro com a fórmula do Balanço Energético, pois, segundo Procó- pio e Teodósio (Ed) “a soma algébrica das quantidades de calor trocadas entre os corpos é nula”. Todos os dados estão dispostos na Tabela 01: Tabela 01. Dados obtidos para cálculo da Capacidade Térmica do Calorímetro Água Fria 150 1800 Água Quente 150 1500 Calorímetro m (g) Quant. Calor (cal) Fonte: AUTORES, 2019
13 4.0. CONCLUSÃO Sendo assim, analisando o experimento, chega-se ao entendimento de que com 2 massas de 150 g de água e temperaturas de 10 °C e 32 °C, o equilíbrio térmico foi alcançado em 22°C. Com os dados obtidos foi possível calcular a capacidade térmica do calorímetro, chegando a conclusão de que, para que ocorra variação de 1 grau Celsius na temperatura da água são necessárias 275 calorias. Importante deixar claro que esse resultado se aplica somente a esse experimento, pois cada material e medida utilizada vai apresentar dados diferentes, culminando num resultado final distinto.
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