Troca de Calor - Relatorio

 

 

Laboratório de Física II Unidade 6: Troca de calor Equipe: Daniel Pereira dos Santos - 21752009 Ígor Pereira Fernandes - 21752846 Juliano Gemma Menezes - 21752843 Rebeca Araújo Ribeiro - 21753577

1 Resumo Este relatório apresenta um experimento envolvendo troca de calor: mistura entre água quente e fria, cilindro de Fe aquecido e colocado dentro de água fria. Especificamente,, dois sistemas de temperaturas diferentes ao serem colocados em contato Especificamente entram em equilíbrio térmico depois de certo tempo.

2 Introdução Se você pega uma lata de refrigerante na geladeira e a deixar na mesa da cozinha, a temperatura do refrigerante aumenta, a princípio rapidamente e depois mais devagar, até que se torne igual à do ambiente (ou seja, até que os dois estejam em equilíbrio térmico). Da mesma forma, a temperatura de uma xícara de café quente deixada na mesa diminui até se tornar igual à temperatura ambiente. Generalizando essa situação, situação, descrevemos o refrigerante ou o café como um sistema  (à temperatura TS) e as partes relevantes da cozinha com o ambiente (à temperatura TA) em que se encontra o sistema. O que se observa é que, se T S não é igual a T A, T S varia (TA também pode variar um pouco) até que as duas temperaturas se igualem e o equilíbrio térmico seja estabelecido.

 

Essa variação de temperatura se deve uma mudança da energia térmica do sistema  por causa da troca de energia energia entre o sistema e o ambiente. (Lembre-se (Lembre-se de que a energia térmica é uma energia interna que consiste na energia cinética energia potencial associada

aos movimentos aleatórios dos átomos, moléculas e outros corpos microscópicos que existem no interior de um objeto.) A energia transferida é chamada de calor  e simbolizada pela letra Q. O calor é  positivo  se a energia é transferida do ambiente para energia térmica do sistema (dizemos que o calor é absorvido pelo sistema). O calor é negativo se a energia é transferida da energia térmica do sistema para o ambiente (dizemos que o calor é cedido ou perdido pelo sistema). (HALLIDAY; RESNICK; WALKER, 2016)

3 Objetivos Determinar a capacidade térmica do calorímetro na primeira parte do experimento e determinar o calor especifico do cilindro de Fe na segunda parte.

4 Fundamentação Teórica O calor Q é a energia transferida de um sistema para o ambiente ou do ambiente para o sistema por causa de uma diferença de temperatura. O calor é medido em joules (J), calorias (cal) ou British thermal units (Btu); entre essas unidades, existem as seguintes relações: 1 cal = 3,968 × 10 -3 = 4,1868 J. Se um calor Q é absorvido por um objeto, a variação de temperatura ∆T do objeto é dada por: Q = C∆T = C(Tf   - Ti),

Em que C é a capacidade térmica do objeto, Tf   é a temperatura final e T i  é a temperatura inicial. Se o objetivo tem massa m, Q = cm∆T = cm(Tf   - Ti),

Em que c é o calor específico do material de que é feito f eito o objeto.

 

O calor absorvido por um material pode produzir uma mudança de fase do material, de sólida para a fase líquida, por exemplo. A energia por unidade de massa necessária  para mudar a fase (mas não a temperatura) de um material é chamada de calor de transformação (L). Assim, Q = mL. Considerando que a energia total do sistema é constante, a soma de todas as transferências de energia é zero: Q1 + Q2 + Q3 + … + Qn = 0 (HALLIDAY; RESNICK; WALKER, 2016)

5 Procedimento Experimental 5.1 Materiais 01 Béquer 01 Calorímetro de 500ml 01 Termômetro digital 01 Aquecedor de imersão 01 Balança digital 01 Cilindro de latão 01 Cilindro de Ferro 5.2 Metodologia Para realizarmos o experimento, executamos o seguinte processo: PARTE I

1.  Inicialmente, pesamos 200g de água fria em um Béquer e despejamos dentro o calorímetro; 2.  Repetimos o procedimento I, porém a água dessa vez foi armazenada em outro recipiente para ser aquecida (70°C a 80°C);

 

3.  Quando a água alcançou a temperatura desejada, ~76°C, despejamos dentro do calorímetro; 4.  Adicionamos um termômetro para acompanha acompanharmos rmos a variação da temperatura; 5.  Misturamos a água quente, recém despejada, com a água fria que estava contida dentro do calorímetro e agitamos a mistura; 6.  Quando o termômetro parou de variar as medidas, anotamos a temperatura de equilíbrio térmico deste sistema; PARTE II

1.  Pesamos 200g de água fria, em um Béquer, e despejamos dentro o calorímetro; 2.  Pesamos o cilindro de Fe; 3.  Em um recipiente colocamos o cilindro de Fe e uma certa quantidade de água  para aquecer, aquecer, deixamos em ebulição ebulição durante 2 min; 4.  Após os 2 min de ebulição, medimos a temperatura do cilindro de Fe; 5.  Com muito cuidado, depositamos o cilindro de Fe (aquecido) dentro do calorímetro, onde estava contida os 200g de água fria; 6.  Colocamos um termômetro digital, agitamos a mistura e anotamos a temperatura de equilíbrio térmico;

6 Resultados e Discussão PARTE I

1.  Os valores da massa, temperatura inicial (Ti) e temperatura final (Tf ), ), estão apresentadoss na tabela a seguir: apresentado Tabela 1 - Valores referente ao experimento I

Sistema

Medidas

Massa (g)

Ti (°C)

Tf  (°C)  (°C)

Água fria

200,0

26,0

47,0

Água quente

200,0

76,0

47,0

Calorímetro

-

26,0

47,0

 

2.   Nosso objetivo era era determinar a capacida capacidade de térmica do ca calorímetro lorímetro (C), para isso utilizamos um caso especifico da 1ª Lei da termodinâmica e obtivemos: Mágua fria ∙ c ∙∆Tágua fria + Mágua quente ∙ c ∙ ∆Tágua quente + C ∙ ∆Tcalorímetro = 0

Substituindo dados na tabela e aplicando na equação acima, encontramos oosvalor de Cdispostos . C =

− (Máua fria ∙ cá   ∙ ∆Táua fria  + Máua quente  ∙ c ∙ ∆Táua quente )

 

∆Talorimetro

C =

− 200,0g ∙ 1,0

     ∙ 21°C − 200,0g ∙ 1,0  ∙°  ∙°

21°C

C = 76,19



∙(−29°C)

 

 

°

PARTE II

1.  Os valores da massa, temperatura inicial (Ti) e temperatura final (Tf ), ), estão apresentadoss na tabela a seguir: apresentado Tabela 2 - Valores referentes ao experimento II

Sistema

Medidas

Massa (g)

Ti (°C)

Tf  (°C)  (°C)

Água fria

200,0

26,5

29,7

Cilindro Fe

92,6

96,9

29,7

Calorímetro

-

26,5

29,7

2.   Nesta parte, precisávamos determinar o calor especifico do cilindro de Fe (c). Utilizamos um caso especifico da 1ª Lei da termodinâmica e aplicaremos o valor da capacidade térmica do calorímetro (C) calculado na Parte I. Mágua fria ∙ c ∙∆Tágua fria + MFe ∙ c ∙ ∆TFe + C ∙ ∆Tcalorímetro = 0 Substituindo os dados dispostos na tabela, o valor de C e aplicando na equação acima, encontramos o valor do calor especifico do Fe:

 

c =

−Má  ∙  ∙ ∆á−  ∙ ∆Tí

c =

M ∙ ∆T

−200,0 ∙ 1,0

 

   ∙ 3,2°C  ∙ 3,2°C − 76,19 °  ∙°

92,6 ∙ (−67,2°)

c = 0.14



 

 

°

7 Conclusões Como esperado em um sistema adiabático, a soma algébrica das transferências internas de calor é zero. Porem tivemos uma diferença de 27% do valor obtido para o valor tabelado. Como possíveis erros podemos citar: o termômetro, o operador do termômetro e o calorímetro pode estar comprometido. Para minimizar o erro e aumentar a precisão do experimento, a transferência da água aquecida para o calorímetro isolado deve ser feita de maneira rápida com isso, reduzirá a perda de calor para o ambiente e a integridade do isolamento térmico do calorímetro devera ser garantida.

8 Referências HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos de física: Gravitação, Ondas e Termodinâmica. 10 ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2016. 196, 197, 198, 199, 200 p.