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1 defi departaento de física Laboratórios de Física Capacidade térica ássica de u líquido Instituto Superior de Engenharia do Porto- Departaento de Física Rua Dr. António Bernardino de Aleida, Porto. T F

2 Versão: 3 Data: 4/3/28. Deterinação da capacidade térica ássica do petróleo, pelo étodo de arrefeciento de Dulong et Petit e coparação do alor obtido co o alor tabelado. Introdução teórica Capacidade Térica Mássica Suponhaos que ua deterinada quantidade de calor dq, seja transferida entre u sistea e a sua izinhança. Se o sistea sofrer ua udança de teperatura dt, a capacidade térica ássica c do sistea, é definida coo: c = dq dt Ou seja, o calor dq necessário para auentar de dt a teperatura da assa do aterial é: dq = c dt A unidade de calor no SI é o joule (J) as, noralente e laboratório ainda é utilizada a caloria que representa o calor necessário para elear a teperatura de g de água de 4,5 o C a 5,5 ºC, à teperatura e pressões norais ( cal = 4,86 J). A unidade da capacidade térica ássica no SI é J. kg -. K - cal g - o C - = 4,86x 3 J kg - K - (ua caloria por graa e por grau centígrado equiale no SI a 4,86x 3 joule por quilograa kelin) A capacidade térica ássica é tabé designada por calor específico. Esta designação deixou no entanto de ser adoptada pelas noras internacionais e portuguesas Departaento de Física Página 2/7

3 Versão: 3 Data: 4/3/28 Capacidade Térica À quantidade de calor necessária para elear ou diinuir a teperatura de K, de ua deterinada assa de ua substância chaa-se capacidade térica. Por outras palaras, é a quantidade de energia calorífica libertada (ou recebida) por u corpo quando a sua teperatura aria de u kelin. É igual a: C = c sendo a assa do corpo e c a capacidade térica ássica da substância. As capacidades téricas pode adicionar-se. Esquea do Aparelho A B C D 2l Água 2l Petróleo Legenda: A - Agitador B - Teróetro C - Vaso de aluínio D - Vaso exterior co tapa Departaento de Física Página 3/7

4 Versão: 3 Data: 4/3/28 Material Necessário Caloríetro Fogão eléctrico 2 Proetas de 25 l Proeta não graduada Proeta de 2 l Cristalizador Densíetro para petróleo (,65 a, g/c 3 ) Teróetro de 5 a o C (/ o C) Cronóetro Funil e Esguicho. Procediento. Usareos neste trabalho u caloríetro de aluínio (alternatiaennte poderá se usado u de cobre 2 ), cuja capacidade térica ássica (c ) é 896 J. kg -. K -. Para conhecer a assa do aso de aluínio ( ) é necessário proceder à sua pesage. Assi a capacidade térica será dada pela expressão: C = c 2. Colocar petróleo nua proeta não graduada e co o auxílio de u densíetro edir a densidade. NOTA: Conhecendo o olue e a densidade podeos calcular a assa do petróleo ( o ). Sendo c o a capacidade térica ássica deste líquido, a sua capacidade térica será dada por: C = o c o 3. Colocar 2l de petróleo dentro do aso de aluínio e tapar co a tapa do caloríetro. Introduzir o teróetro, atraessado pela rolha B, no aso (erificar se as rolhas estão na altura coneniente, isto é, se ao encostar a rolha à tapa, o reseratório de ercúrio do teróetro fica ergulhado no líquido). NOTA: Obserar qual o olue ocupado pelo teróetro, caso este seja analógico. Se o teróetro for digital, o olue ierso no líquido é desprezáel, logo deixa de fazer parte de todos os cálculos que faça referência ao olue da parte iersa do teróetro. Isto significa que se eliina e todas as expressões o alor de C =,95 2 c V =389,2 J kg - K - Departaento de Física Página 4/7

5 Versão: 3 Data: 4/3/28 4. Co o auxílio de ua proeta graduada (2 l) edir o olue ( e c 3 ) da parte do teróetro ergulhado no líquido. A capacidade térica correspondente é dada por: C =,95 c 3. J. K - 5. Colocar o aso de aluínio e banho aria, até a teperatura se elear de 7 o C (ou 343 K). Usar a tina de idro co u pouco de água para o banho aria. NOTA: Nunca colocar o caloríetro directaente no fogão. 6. Atingida a teperatura referida, retirar o aso do banho aria, enxugar rapidaente, introduzir no caloríetro e co o auxílio de u cronóetro, toar nota do tepo que a teperatura lea a baixar dos 7 o C (343 K) para 58 o C (33 K). A teperatura dee registar-se de inuto a inuto. NOTA: Quando o aso estier no caloríetro agitar lentaente o líquido para uniforizar a teperatura. 7. Retirar o petróleo do aso (colocando-o noaente dentro do recipiente respectio) que se laa co água e sabão. Introduzir agora no aso 2 g de água. Seguidaente executar as esas operações que se efectuara co o petróleo, isto é, os pontos 3, 4, 5 e 6 do procediento. 8. Co os alores registados, de inuto a inuto, traçar no eso gráfico e para cada caso, ua cura que indica a archa de arrefeciento do líquido. Marcar os tepos e abcissas e as teperaturas e ordenadas. Das curas deduz-se para cada líquido, o tepo necessário para se erificar u eso abaixaento de teperatura (entre 7 ºC e 6 ºC, por exeplo). NOTA: O erro dos tepos de arrefeciento da água e do petróleo obté-se por leitura no gráfico desenhado e papel iliétrico e corresponde ao interalo do erro de leitura das teperaturas de o C (ou,5 o C). 9. A capacidade térica do sistea: aso + parte iersa do teróetro + água será: C = c +,95 + c J/K. Do eso odo a capacidade térica do sistea: aso + parte iersa do teróetro + petróleo será: C = c +,95 + c J/K Departaento de Física Página 5/7

6 Versão: 3 Data: 4/3/28. A u abaixaento de teperatura (θ - θ 2 ) corresponde para cada líquido u interalo de tepo diferente (t para a água e t para o petróleo). 2. Coo a razão destes interalos de tepo é proporcional à razão das capacidades téricas correspondentes, te-se que: t t = +,95 + c - Capacidade térica ássica da água = 4,86x 3 J kg - K - 3. A expressão seguinte perite deterinar o alor da capacidade térica ássica do petróleo e J kg - K -. +,95 + C = C t t c = 95 t t ( +, ) + t 4. Calcular a capacidade térica ássica do petróleo e os erros associados ao alor encontrado. Tabela e outras inforações Capacidade térica ássica do Petróleo,489 cal / (g. o C) 2,8x 3 J / (kg. K) Questões: ) Diga justificando se são erdadeiras ou falsas as seguintes afirações: a. Se a capacidade térica ássica de u aterial A é superior à de u aterial B então a quantidade de calor necessária para elear a teperatura de A de 3ºC é aior que a quantidade de calor necessária para elear a teperatura de B dos esos 3ºC. b. A capacidade térica ássica de u aterial depende da condutibilidade térica do eso e da sua densidade. c. A capacidade térica total de u sistea constituído pelos eleentos A, B e C é igual ao produto das capacidades téricas indiiduais de cada eleento. 2) Distinga entre capacidade térica (capacidade calorífica) e capacidade térica ássica (calor específico). Departaento de Física Página 6/7

7 Versão: 3 Data: 4/3/28 Referências bibliográficas Laboratório de Física do ISEP Deterinação do calor ássico de u líquido TIMONER, Abrahão Manual de Laboratório de Física (pág. 79 a 8) Departaento de Física Página 7/7