Físa II - EXPERIMETO Caloríetro Calor Espeífo - Prof.: Dr. Cláudo S. Sartor ITRODUÇÃO: Fora Geral dos Relatóros É uto desejável que seja u aderno grande (forato A4) pautada o folhas enueradas ou o folhas enueradas e quadruladas, do tpo ontabldade, de apa dura preta, brohura. Chaareos de Caderno de Laboratóro, ndvdual. o verso deste aderno voê pode fazer o rasunho a láps. a parte enuerada fará o relatóro o a segunte estruturação: o íno, para ada experento o Caderno de Laboratóro deve sepre onter: Referênas: 1. G.L. Squres, "Pratal Physs" (Cabrdge Unversty Press, 1991), apítulo 1, pp. 139-14; e D.W. Preston, "Experents n Physs" (John Wley & Sons, 198), pp. -3.. C. H. de Brto Cruz, H. L. Fragnto, Gua para Físa Experental Caderno de Laboratóro, Gráfos e Erros, Insttuto de Físa, Unap, IFGW199. 3. D.W. Preston, "Experents n Physs" (John Wley & Sons, 198), pp. 1-3; G.L. 4. C.E. Hennes, W.O.. Guarães e J.A. Rovers, "Probleas Experentas e Físa" 3ª edção, (Edtora da Unap, 1989), apítulo V, pp.18-18. 1. Título do experento data de realzação e olaboradores. oe do autor.. Objetvos do experento; 3. Rotero dos proedentos experentas; 4. Esquea do aparato utlzado;. Desrção dos prnpas nstruentos;. Dados eddos;. Cálulos; 8. Gráfos; 9. Resultados e onlusões. O forato de apresentação destes 9 tens não é rígdo. O as ndado é usar u forato seqüenal, anotando-se à edda que o experento evolu.
Físa II - EXPERIMETO Caloríetro Calor Espeífo - Prof.: Dr. Cláudo S. Sartor Relatóro - Caloríetros Introdução e Teora: Calor espeífo Quantdade de Calor Sensível e Latente. Le Zero da Terodnâa. A defnção terodnâa de alor é u tanto dferente da nterpretação ou da palavra. Portanto, é portante opreender laraente a defnção de alor dada aqu porque ela se envolve e utos probleas de terodnâa. Se u bloo de obre quente for aquedo nu vaso de água fra, sabeos pela experêna, que o bloo de obre se resfra e a água se aquee até que o obre e a água atnja a esa teperatura. O que ausa esta dnução de teperatura do obre e o auento de teperatura da água? Dzeos que sto é o resultado da transferêna de energa do bloo de obre à água. E desta transferêna de energa que hegaos a ua defnção de alor. O alor é defndo oo sendo a fora de energa transferda através da frontera de u sstea nua dada teperatura, a u outro sstea (ou o eo) nua teperatura nferor, e vrtude da dferença de teperatura entre os dos ssteas. Isto é, o alor é transferdo do sstea à teperatura superor ao sstea à teperatura nferor, e a transferêna de alor oorre unaente devdo à dferença de teperatura entre os dos ssteas. U outro aspeto desta defnção de alor é que u orpo nuna onté alor. Ou elhor, o alor pode soente ser dentfado quando ele atravessa a frontera. Ass, o alor é u fenôeno transtóro. Se onsderaros o bloo quente de obre oo u sstea e a água fra do vaso oo u outro sstea, reonheeos que orgnalente nenhu sstea onté alor (eles ontê energa, naturalente). Quando o obre é oloado na água e os dos estão e ounação téra, o alor é transferdo do obre à água, até que seja estabeledo o equlíbro de teperatura. este ponto, já não há as transferêna de alor, pos não há dferença de teperatura. enhu sstea onté alor no f do proesso. Infere-se, tabé, que o alor é dentfado na frontera do sstea, pos o alor é defndo oo sendo a energa transferda através da frontera do sstea. A quantdade de alor sensível é defnda por: Q Aqu é defndo oo alor espeífo; para utas substânas, a ua erta varação de teperatura, o alor espeífo é onstante; aí, podeos esrever: Q Consdereos agora os esos bloos de obre e. tabé, u terôetro. Coloqueos agora e ontato o o terôetro u dos bloos até que a gualdade de teperatura seja estabeleda e então reovao-lo. Coloqueos, então, o segundo bloo de obre e ontato o o terôetro e suponhaos que f d nenhua udança no nível de erúro do terôetro oorra durante esta operação. Podeos então dzer que os dos bloos estão e equlíbro téro o o terôetro dado. A le zero da terodnâa dz que, quando dos orpos tê gualdade de teperatura o u terero orpo, eles terão gualdade de teperatura entre s. Isso paree bastante óbvo para nós, porque estaos falarzados o essa experêna. Entretanto, sendo esse fato ndependente de outras les e, ua vez que na apresentação da terodnâa, ele preede a prera e a segunda le. Daos a denonação de "le zero da terodnâa". Esta le onsttu realente a base da edda da teperatura, porque podeos oloar núeros no terôetro de erúro e, sepre que u orpo te gualdade de teperatura o o terôetro, podeos dzer que o orpo te a teperatura lda no terôetro. O problea peranee, entretanto, o relação às teperaturas ldas nos dferentes terôetros de erúro ou ás obtdos através de dferentes aparelhos de edda de teperatura tas oo, pares teroelétros e terôetros de resstêna. Isso sugere a neessdade de ua esala padrão para as eddas de teperatura. Capadade Calorífa e Calor espeífo. Caloríetros. Capadade Calorífa Defnos a apadade alorífa pela equação: C Onde é o alor espeífo da substânba. Undade: J/kg ou al/g Calor espeífo O alor espeífo é a quanta de alor por assa de undade exgu elevar a teperatura através de u grau Centígrado. A relação entre alor e udança de teperatura noralente é expressa na fora anteror onde é o alor espeífo. A relação não apla se ua udança de fase é enontrada, porque o durante ua udança de fase não há udança de teperatura. Os alores espeífos da aora dos sóldos a teperatura de quarto e sobre é quase onstante, de aordo o a Le de Dulong e Pett. As as baxas teperaturas o alor espeífo vara, pos o odelo quânto fa sgnfante. O baxo oportaento de teperatura é desrto pelo Modelo de Ensten-Debye do alor espeífo. O alor espeífo é a quantdade de alor por assa neessáro para elevar a teperatura de u grau Centígrado. A relação entre alor e udança de teperatura noralente é expressa na fora ostrada onde é o alor espeífo. A relação não apla se ua udança de fase é enontrada, porque o alor envolvdo durante ua udança de fase não uda a teperatura de ua substâna pura.
Físa II - EXPERIMETO Caloríetro Calor Espeífo - Prof.: Dr. Cláudo S. Sartor Metal Jg -1 C -1 Intervalo de teperatura, C M. g ol -1 Molar. C= M J ol -1 ( C) Be 1,9-1 9,1 1, Al,91 1-1. 4, Fe,4 18-1,9,3 Cu.39 1-1 3, 4,8 Ag.34 1-1 18,3 Hg,138-1 1, Pb,13-1,9 Tabela 1 -Calores Espeífos e Capadades Calorífas Molares Médas de Metas Caloríetros. Ua das araterístas das substânas é o alor espeífo, pos é própra de ada ua e é prataente nvarável para a esa substâna. Por defnção, alor espeífo de ua substâna é a quantdade de alor neessára para elevar de 1 C a teperatura de u graa dessa substâna. Segundo a terodnâa: Havendo troa de alor entre os orpos solados teraente do eo externo, a quantdade de alor edda pelos orpos que arrefee é gual à quantdade de alor reebda pelos orpos que aquee. Haverá troa de alor entre eles até que a gualdade de teperatura se estabeleça. U étodo sples para se deternar o alor espeífo de ua substâna é haado étodo das sturas. Coo o noe nda, esse étodo onsta e sturar orpos o teperaturas dferentes, poré onhedas. A stura deve ser realzada nu abente solado teraente para que a troa de alor seja restrta aos orpos e estudo. O aloríetro, desrto a segur, proporona esse abente dentro de ltes razoáves. Ele é onsttuído de u repente etálo (vaso de obre), protegdo por u outro que é solante téro (sopor). A tapa do vaso de sopor possu dos furos: u para o terôetro e o outro para o agtador, que se destna a hoogenezar a teperatura da água. Mudança de Fase de ua substâna pura. A segur ostraos para ua substâna pura as urvas orrespondentes às fases físas e que elas se enontra. 1) Curva de sublação; onde oorre os ltes entre as fases sóldas e líqudas; ) líqudo e vapor, sobre a urva de vaporzaão. 3) líqudo e sóldo, sobre a urva de fusão. o aso partular da água, a urva de sublação se denona lnha de geada: a de vaporzação, lnha de vapor d'água: e a de fusão, lnha de gelo. As nlnações das urvas de sublação e de vaporzação são postvas para todas as substânas. Entretanto, a nlnação da urva de fusão pode ser postva ou negatva. A urva de fusão da aor parte das substânas te nlnação postva. A água é ua das as portantes exeções. a haada equação de Clapeyron, vereos que toda substâna, oo a água, que se ontra ao fundr-se te ua urva de fusão de nlnação negatva, enquanto que suede o ontráro para as substânas que se dlata ao fundr-se. E Físa, o ponto trplo de ua substâna é a teperatura e a pressão nas quas três fases (sóldo, líqudo e gasoso) de ua substâna pode oexstr e equlíbro terodnâo. Por exeplo, no ponto trplo a teperatura da água é exataente 3,1 K (,1 C) e a pressão é 11,3 pasal (era de, bar). O ponto trplo do erúro é a -38.8344 C e a, Pa. O ponto trplo é o ponto de nterseção das urvas de sublação e de vaporzação. Deve ser opreenddo que soente nu dagraa P o ponto trplo é representado por u ponto. u dagraa PV ele é representado por ua lnha. O Quadro.1 dá os dados do ponto trplo para alguas substânas nteressantes. Ao nvestgar a lnha de gelo da água a pressões uto altas, Brdgan e Taann desobrra no novas varedades de gelo, desgnadas oo gelo II, III, V, VI e VII, reservando para o gelo ou a desgnação I. Enontrara tabé duas outras odfações nstáves de gelo, os haados IV e VIU. As ondções de equlíbro entre estas foras de gelo e líqudo orgna outros ses pontos trplos que, o o orrespondente a baxa pressão, estão lstados na tabela a segur.
Físa II - EXPERIMETO Caloríetro Calor Espeífo - Prof.: Dr. Cláudo S. Sartor Fg. 1 - Dagraa P para ua substâna. Tabela Dados do ponto trplo. Substâna Tep. E K Pressão e Hg Hélo (4) (ponto \),1 3,8 Hdrogéno (noral) 13,84,8 Deutéro (noral) 18,3 18 eôno 4, 34 trogéno 3,18 94 Oxgéno 4,3 1,14 Aóna 19,4 4, Dóxdo de arbono 1, 388 Dóxdo de enxofre Água 19,8 3,1 1, 4,8
EXPERIMETO Relatóro Calor Espeífo - Prof.: Dr. Cláudo S. Sartor Todas as nforações que estão representadas e abos os dagraas, PV e Pff, pode ser ostradas sobre u dagraa úno, se as três oordenadas P, V e fore potadas ao longo de três exos retangulares. O resultado se denona superfíe PV. As Fguras ostra as superfíes que pode ter os seguntes oportaentos: ua substâna oo a H O, que se ontra ao fundr-se; ou o CO, que se dlata ao fundr-se. Os dagraas não fora desenhados e esala, estando o exo dos volues onsderavelente esorçado. Se o estudante agnar ua superfíe PV projetada sobre o plano PV, verá o dagraa PV de uso orrente. Projetando a superfíe sobre o plano P, toda a regão sóldo-vapor se projeta na urva de sublação, toda regão líqudo-vapor se projeta na urva de vaporzação, toda a regão sóldo-líqudo se projeta na urva de fusão e, fnalente, a lnha do ponto trplo (lnha trpla ou lnha tríple) se projeta no eso. O ponto ríto é denotado pelas letras Cr, e o ponto trplo por Tr. A sotéra ríta representa-se por. Ua substâna que não possu superfíe lvre e ujo volue está deternado pelo do repente haa-se gás se sua teperatura é superor à teperatura ríta; e outro aso haase vapor. Todos os pontos trplos da água aparee representados sobre a superfíe PVT da Fgura, onstruída por Verwebe toando oo base as eddas de Brdgan. Fg. - Superfíe PV, para ua substâna.
EXPERIMETO Relatóro Calor Espeífo - Prof.: Dr. Cláudo S. Sartor Objetvos: Dados Experentas obtdos Deternar o alor espeífo de substânas utlzando o aloríetro para troas de alor entre orpos dstntos. Água (g) ( C) Al ( C) e ( C) Materal utlzado: Conjunto para experento de troa de alor. Aqueedor elétro. Terôetro Haste etála o garra. Balão de vdro. Proedento Experental Medr a assa das aostras dadas e do aloríetro de Al: ateral Aluíno Caloríetro Massa (g) Coloar u erto volue de água, e l, para aqueento. Medr a teperatura abente. ateral ( C) Aluíno Caloríetro de Al água Medr a teperatura fnal da água. Coloar o tarugo o a água no aloríetro. Agtar e depos de u tepo, edr a teperatura de equlíbro téro. ateral E ( C) Aluíno Caloríetro de Al água Repetr o proesso váras vezes para ada tarugo. 1 3 4 8 9 1 1 3 4 8 9 1 Água (g) ( C) ( C) e ( C) Análse dos dados Experentas obtdos Co os dados obtdos, deterne o alor espeífo da aostra, onsderando não haver troa de alor o o aloríetro de aluíno e onsderando haver troa de alor o o aloríetro de aluíno. ão havendo troa de alor o o aloríetro de Al: Q Q a s a a a s s s s a s E E a Havendo troa de alor o o aloríetro de Al: s a Qa Qs Qal a a a s s s s s s
EXPERIMETO Relatóro Calor Espeífo - Prof.: Dr. Cláudo S. Sartor a E a al E al s a al s E s s E s Coparar os resultados obtdos. 1 3 4 8 9 1 Al (se e o troa de alor o aloríetro) al al/(g C) al al/(g C) (se e o troa de alor o aloríetro) nox nox al/(g C) al/(g C) Enontre: Utlzando o odo estatísto da aluladora, enontre: 1 A éda de O desvo padrão populaonal: 1 O erro assoado à éda: A apresentação do resultado o dos ou u algarsos sgnfatvos para o erro Conlusões Questonáro al g C Qual a portâna e se onheer o alor espeífo dos ateras? Exste nfluêna onsderando o alor troado pelo aloríetro? Referênas: