Actividade Experimental 1.3 Determinação da Capacidade Térmica Mássica
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- Lorenzo Vasques Tavares
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1 Actividade Experimental 1.3 Determinação da Capacidade Térmica Mássica 1.Que significa dizer que a capacidade térmica mássica do alumínio é 900 Jkg 1 K 1? 2.Se fornecermos a mesma quantidade de energia a dois blocos com a mesma massa, um de alumínio e outro de cobre c(al)=900jkg 1 K 1,c(Cu)=385Jkg 1 K 1 ), qual deles sofrerá maior elevação de temperatura? Justifique. 3.Se os blocos anteriores forem aquecidos com a mesma fonte de energia até sofrerem a mesma elevação de temperatura, qual deles demorará mais tempo a aquecer? Justifique. 1
2 4.Se aquecermos uma massa igual de água e azeite fornecendo a mesma quantidade de energia, verificaremos que o azeite atinge uma temperatura superior à da água. Qual destas substâncias tem maior capacidade térmica mássica? Justifique. 5.Como se pode calcular a capacidade térmica mássica de uma substância constituinte de um corpo a partir da quantidade de energia por ele recebida? Que outras grandezas são necessárias? Q c = mc θ Q = m θ 2
3 Procedimento A O calorímetro é constituído pelo conjunto (copo + tampa + termómetro). Deite aproximadamente 250 cm 3 de água num copo. Aqueça a água e agite-a periodicamente até que a temperatura atinja o valor de 85 C. Coloque o calorímetro (copo + tampa + termómetro) em cima do prato da balança. Considere m cal o valor indicado na balança. Dentro do calorímetro deite, aproximadamente, 120 cm 3 de água. 3 Pese o conjunto, determine a massa
4 Procedimento A Meçaatemperaturadaáguaquefoi aquecidanaplacaeléctrica(θ 1 ). Vaze aproximadamente 150 cm 3 de água quente no calorímetro (mantenhaocopoemcimadoprato da balança). Meça a temperatura e a massa do conjunto (m 1 + m cal + m 2 ) A partir das medições realizadas, determine a capacidade térmica do calorímetro(c cal ). 4
5 Procedimento A Houve transferência de energia da água quente, que se encontrava no copo de vidro, para a água fria e para o calorímetro: m 1 c ág (θ 1 -θ f )=m 2 c ág (θ f -θ 2 )+C cal (θ f -θ 2 ) Substituindo na expressão os valores obtidos na experiência e considerando que c ág = 4,18 x 10 3 J kg -1 K -1, podemos determinar a capacidade térmica do calorímetro. Laveocalorímetrocom águadatorneira. Repita a experiência. Repita as medições. 5
6 Paradeterminar a capacidade térmica mássica do cobre Meça a massa de um objecto de cobre (massa m 1 ). Ate uma linha ao objecto, por intermédio da qual possa mergulhar e retirar o objecto de dentro da água. Mergulhe o objecto dentro da água que está a ser aquecida na placa, mas de forma que o objecto fique suspenso por intermédio da linha. Coloque o calorímetro em cima da balança e deite água até que a massa experimente uma variação de 120 g. Meça a massa do conjunto e a temperatura (θ 2 ) da água contida no calorímetro. 6
7 Paradeterminar a capacidade térmica mássica do cobre Quando a temperatura da água, que está a ser aquecida, tiver o valor aproximado de 90 C, agite a água e registe a temperatura (θ 1 ) indicada no termómetro nela mergulhado. Puxe a linha a que está preso o objecto de cobre e, rapidamente, transfira-o para dentro do calorímetro. Feche o copo com a tampa. Agite. Meça a temperatura final da mistura (θ f ). Determine o valor da capacidade térmica mássica do cobre. 7
8 Capacidade térmica do cobre A energia que foi transferida do objecto de cobre para o calorímetro e para a água nele contida: Q 3 = Q 1 + Q 2 m 3 c Cu (θ 3 -θ f ) = C cal (θ f -θ 2 ) + m 2 c ág (θ f -θ 2 ) 8
9 Procedimento B Pese o cilindro metálico. Coloque o cilindro metálico sobre um suporte isolador. Insira a resistência e o termómetro nas cavidades existentes no cilindro metálico. Com a pipeta, deite algumas gotas de glicerina nos orifícios onde se encontram a resistência e o termómetro. 9
10 Procedimento B Anote a temperatura indicada no termómetro. Ligue o interruptor e accione o cronómetro. Registe a diferença de potencial do voltímetro e a intensidade da corrente eléctrica do amperímetro. De 30 em 30 segundos e durante 5minutos registe a temperatura. Verifique os valores do voltímetro e do amperímetro. Determine a capacidade térmica mássica do metal. Repita a experiência utilizando um outroblocometálico(alumínioecobre) 10
11 Exemplo: alumínio massa de 0,500 kg U = 12,0 V e I = 4,0 A ΔE m Δθ 11
12 Questões pós-laboratoriais 1.Determine a capacidade térmica mássica do material do bloco. 2.Compare o valor obtido com o valor tabelado e conclua quanto à exactidão do valor determinado. Tire conclusões. 3.Calcule o erro percentual: valor medido - tabelado / valor tabelado. 4.Por que é importante ser rápido a transferir o cilindro da água quente para a fria? 12
13 Questões pós-laboratoriais 4.Se o fizermos muito lentamente, que parâmetro da experiência terá sido medido, muito provavelmente, com um erro elevado? 5.Este erro dará origem a um erro na medição da capacidade térmica mássica do cilindro por excesso ou por defeito? 6.«Por que razão no Verão a areia escaldaeaáguanão? Por que razão os climas marítimos são mais amenos do que os continentais?» 13
14 Tabela de Capacidades Térmicas Mássicas Metal Chumbo 128 Zinco 387 Cobre 386 Latão 393 Ferro 473 Alumínio 900 c J/(kg.K) 14
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