Prática 02

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Calor Sensível

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Prática 02

  1. 1. PRÁTICA 02 CALOR SENSÍVEL Disciplina: Laboratório de Física 2 Turma: Data da Entrega: 14/09/2015 UTFPR - Cornélio Procópio
  2. 2. SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ..................................................................................................................2 2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA......................................................................................3 3. MATERIAIS E MÉTODOS ..............................................................................................4 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES...................................................................................5 5. CONCLUSÕES .................................................................................................................5 6. BIBLIOGRAFIA .................................................................................................................6
  3. 3. 2 1. INTRODUÇÃO Calor se define como a energia térmica que transita entre entre corpos de diferentes temperaturas. Se considerarmos dois corpos em um ambiente adiabático onde o corpo A possui temperatura maior que o corpo B, ao aproximá-los percebemos que após certo tempo ambos adquirem a mesma temperatura. Esse processo acontece porque os corpos sentem a necessidade de ceder e receber calor. Figura 1.1: Sistema adiabático antes e depois das trocas de calor. Fonte: Thomas Carvalho As quantidades de calor Q recebidas e cedidas possuem mesmo módulo, porém apresentam sinais contrários, ou seja, o corpo que recebe calor é positivo e o corpo que cede (perde) calor é negativo. Ou seja: 𝑄 𝐵 = − 𝑄 𝐴 (1) 𝑄 𝐵 + 𝑄 𝐴 = 0 (2) Sendo que a quantidade de calor Q pode ser escrita pela equação a seguir: 𝑄 = 𝑚𝑐ΔT (3) Por se tratar de um tipo de energia, a unidade da quantidade de calor no SI é J (Joule). Uma outra unidade mais usual para o calor é cal (calorias), sendo que 1 caloria equivale a 4,184 joules.
  4. 4. 3 2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Calor específico (c) consiste na energia necessária à unidade de massa de uma substância para elevar a sua temperatura de um grau, quanto maior o calor específico de um corpo mais difícil é elevar sua temperatura. A partir da equação (3) podemos escrever o calor específico como 𝑐 = 𝑄 𝑚ΔT (4) A unidade no SI para calor específico é J/(kg.K) (Joule por quilogramas por Kelvin). Uma outra unidade mais usual para calor específico é cal/(g.°C) (caloria por grama por grau Celsius). O calor específico dos materiais é um dado extremamente relevante quando se projeta equipamentos que têm componentes sujeitos a variações de temperatura. Nesta categoria estão os motores a combustão interna dos automóveis, as caldeiras, os pasteurizadores, os ebulidores e os sofisticados reatores nucleares. Para determinar o calor específico do alumínio neste experimento e, a partir da equação (2) temos: 𝑄 𝑞 + 𝑄𝑟 + 𝑄 𝑏 + 𝑄 𝑓 = 0 (5) Onde 𝑄 𝑄 = 𝑚 𝑞 𝑐 𝑞ΔT𝑞 - quantidade de calor cedida pela água quente (6) 𝑄𝑟 = 𝑚 𝑟 𝑐 𝑟ΔT𝑟 - quantidade de calor cedida pelo recipiente (7) 𝑄 𝑏 = 𝑚 𝑏 𝑐 𝑏ΔT𝑏 - quantidade de calor cedida pelos blocos (8) 𝑄 𝑓 = 𝑚 𝑓 𝑐𝑓ΔT𝑓 - quantidade de calor recebida pela água fria (9) Sabendo que o sistema inicialmente é composto pela água quente, os blocos e o recipiente temos que ΔT𝑞 = ΔT𝑟 = ΔT𝑏. Se admitirmos que 𝑐 𝑞 = 𝑐𝑓 = 1 cal/g°c e que os blocos e o recipiente é feito de alumínio temos 𝑐 𝑟 = 𝑐 𝑏 = 𝑐𝐴𝑙 . Desse modo a equação (5) pode ser interpretada como: 𝑚 𝑞ΔT 𝑞 + 𝑚 𝑟 𝑐 𝐴𝑙ΔT 𝑞 + 𝑚 𝑏 𝑐 𝐴𝑙ΔT 𝑞 + 𝑚 𝑓ΔT𝑓 = 0  𝑐 𝐴𝑙[ 𝑚 𝑟ΔT 𝑞 + 𝑚 𝑏ΔT 𝑞] = - [𝑚 𝑞ΔT 𝑞 + 𝑚 𝑓ΔT𝑓]
  5. 5. 4 𝑐𝐴𝑙 = −[𝑚 𝑞ΔT 𝑞 +𝑚 𝑓ΔT 𝑓] [ 𝑚 𝑟ΔT 𝑞+𝑚 𝑏ΔT 𝑞] (10) 3. MATERIAIS E MÉTODOS Materiais:  Calorímetro;  Balança digital;  Blocos de alumínio;  Proveta;  Termômetro;  Aquecedor;  Alicate. Figura 3.1: Imagens dos materiais utilizafos no experimento. Procedimento: O primeiro passo foi verificar as massas do recipiente de alumínio, dos blocos, massa da água quente e da fria. Foi colocado no recipiente de alumínio 300 ml de água (com o auxílio da proveta) e os 3 blocos de alumínio, posteriormente foi colocado na fonte de calor para chegar próximo à temperatura de ebulição – tomando cuidado para não deixar ferver. Depois de atingida a temperatura esperada, levou-se o recipiente para o calorímetro, esperou o sistema alcançar seu equilíbrio térmico e então foi aferido a temperatura inicial (T0) do sistema. Com o auxílio da proveta pegamos mais 300ml de água, verificamos a temperatura e despejamos ela no recipiente que estava no calorímetro. Esperamos
  6. 6. 5 alguns minutos novamente e quando o sistema entrou em equilíbrio térmico aferimos sua temperatura final (Te). Todos os valores adquiridos com esse experimento foram anotados e estão descritos no tópico 4. Resultados e Discussões. 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES Tabela 1: Valores das massas Tabela 2: Valores iniciais da temperatura da água quente, da água fria e a temperatura de equilíbrio. Substituindo os valores das tabelas 1 e 2 na equação 10, chegamos no seguinte calor específico do alumínio: Tabela 3: Calor específico encontrado neste experimento 5. CONCLUSÕES A partir dos resultados obtidos com esse experimento não os consideramos satisfatórios, devido ao calor específico encontrado (0,13 cal/g°C) estar muito distante do valor teórico (0,20 cal/g°C). Diversos fatores podem ter influenciado na aferição dos valores: a falha operacional na observação do termômetro, trocas de calor com o meio externo e a calibração da balança digital.
  7. 7. 6 Com este experimento pudemos verificar a transferência de calor entre materiais de diferentes temperaturas tendendo ao equilíbrio térmico. E com esse equilíbrio, comprovamos que a soma das quantidades de calor trocadas deve ser nula, como descrito na literatura sobre o princípio da conservação de energia. 6. BIBLIOGRAFIA CARVALHO, Thomas. Calor Latente e Calor Específico. Disponível em: < http://www.infoescola.com/fisica/calor-latente-e-calor-especifico/ >. Acesso em 01 set. 2015. MARTINS, Paulo Cesar. – FISICA: CONCEITOS E APLICAÇÕES,1. Ed., Vol. 2 – São Paulo: Moderna, 1998. HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. - Fundamentos de Física 2 - São Paulo: Livros Técnicos e Científicos, 4ª Edição, 1996.

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