Mapa - Física Geral e Experimental 2

PROBLEMÁTICA Considere que você foi contratado por uma indústria farmacêutica que produz diversas substâncias líquidas Sua primeira atribuição na empresa é determinar o calor específico de um líquido X Aquecer essa substância e medir sua variação de temperatura seria uma forma de medir esse calor específico mas qual seria a quantidade de calor absorvida É muito difícil dizer Para contornar esse problema você poderia usar o princípio de que corpos isolados trocam calor até entrarem em equilíbrio térmico Neste caso supondo que não há mudança de fase envolvida temos Q1 Q2 QN i Qi i mi ci Tf Ti inicial 0 Com isso só fazemos menção as massas calores específicos e temperaturas finais e iniciais dos corpos envolvidos Contudo isso trás outro problema Precisaríamos saber o calor específico ou capacidade térmica C mc da outra substância com quem X está trocando calor Para contornar este problema os cientistas escolheram uma substância para definir seu calor específico a água cujo valor é definido como ca 1 calgºC Dessa forma poderíamos usar a água como referencia para medir o calor especifico do líquido X Antes disso precisamos contornar um problema prático Quando colocamos um líquido dentro de um recipiente ele troca calor com este recipiente Então ao juntarmos o líquido X e água temos que levar em consideração o recipiente em que eles estão Isso coloca mais uma variável no nosso problema A capacidade térmica do recipiente Faremos então o seguinte Usaremos a água como referência para determinar a capacidade térmica do recipiente Depois usaremos o recipiente e o líquido X para determinar o calor especifico cX de X Parte 1 a Seja um calorímetro recipiente do enunciado de capacidade térmica desconhecida C a uma temperatura inicial de Tc Suponha que aqueçamos uma massa ma de água até a temperatura Ta Depositamos à água no calorímetro e medimos a temperatura final do sistema Tf1 após o equilíbrio térmico ser atingido Mostre que a capacidade térmica do calorímetro é determinada por C Tc Tf1 ma ca Tf1 Ta b Faremos agora o mesmo procedimento mas trocando a água pelo líquido X Mostre que o calor específico cX do líquido X é determinado por cX C Tc Tf2 mX Tf2 TX Parte 2 Após entender bem a parte teórica sobre como determinar o calor específico de um líquido você deve colocar esse conhecimento em prática Realize o experimento virtual nos simuladores da ALGETEC chamado de Calorimetria httpsunicesumargrupoaeducationmarketplaceua5fc79b67f30b4e00189c91ce Indique em uma tabela os valores medidos das temperaturas e das massas em cada etapa do experimento separadamente e anexe os resultados na atividade Parte 3 Agora é hora de combinar os resultados obtidos experimentalmente junto aos cálculos teóricos Use os dados obtidos na parte 2 para determinar a capacidade térmica do calorímetro e o calor específico da substância que você usou no experimento Com os resultados em mãos discuta quais são as principais fontes de erros experimental que podem interferir no resultado final MAPA Material de Avaliação Prática da Aprendizagem Acadêmicoa RA Curso Engenharia Ambiental e Sanitária Disciplina Física Geral e Experimental II Instruções para realização da atividade 1 Todos os campos acima deverão ser devidamente preenchidos 2 É obrigatória a utilização deste formulário template para a realização do MAPA 3 Esta é uma atividade individual visto que trabalhos copiados da internet ou de outrosas alunosas serão zerados 4 O trabalho pode ter quantas páginas você precisar para respondêlo desde que siga a sua estrutura Utilizar a formatação Fonte Arial tamanho 12 espaçamento entre linhas 15 e texto justificado 5 Assistir o vídeo explicativo com orientações para o desenvolvimento do MAPA httpswwwyoutubecomwatchvlb4NjZAZEBYfeatureyoutube 6 Para realizar esta atividade você deverá acessar e realizar o experimento virtual da ALGETEC chamado Calorimetria Para isso na página inicial do Studeo no menu do lado esquerdo da tela ir em LABORATÓRIOS LABORATÓRIOS VIRTUAIS FÍSICA GERAL E EXPERIMENTAL ll EXPERIMENTO CALORIMETRIA 7 Ao utilizar quaisquer materiais de pesquisa como o livro da disciplina artigos materiais extras disponibilizados pela mediação sites da internet e outros apresente as referências no final do trabalho em ordem alfabética e conforme as normas da ABNT NBR 60232018 Você pode utilizar este site para orientação httpsuspbrsddarquivosaulasmetodologiaabnt6023pdf 8 No ambiente da disciplina no Studeo ao final do enunciado da atividade há uma caixa de envio de arquivo Basta clicar e selecionar sua atividade ou arrastar o arquivo até a caixa de envio de arquivo 9 Após inteiramente respondido coloque um nome simples no seu arquivo para não haver confusão no momento do envio Você irá entregar apenas UM ARQUIVO com suas respostas o trabalho deve ser enviado para correção pelo seu Studeo em formato de arquivo docdocx ou PDF na forma de anexo no campo de resposta do MAPA Caso você utilize OPEN OFFICE ou MAC transforme o arquivo em PDF para evitar incompatibilidade 10 Antes de clicar em FINALIZAR certifiquese de que você está enviando o arquivo correto Uma vez finalizado você não poderá mais modificar o arquivo Sugerimos que você faça o download para conferir se está de acordo com o arquivo entregue 11 A qualidade do trabalho será considerada na hora da avaliação então preencha tudo com cuidado Alguns dos critérios de avaliação são a utilização do template atendimento ao tema constituição dos argumentos e organização das ideias correção gramatical e atendimento às normas da ABNT Em caso de dúvidas entre em contato com seu Professor Mediador Desejamos a você um excelente trabalho Considere que você foi contratado por uma indústria farmacêutica que produz diversas substâncias líquidas Sua primeira atribuição na empresa é determinar o calor específico de um líquido X Aquecer essa substância e medir sua variação de temperatura seria uma forma de medir esse calor específico mas qual seria a quantidade de calor absorvida É muito difícil dizer Para contornar esse problema você poderia usar o princípio de que corpos isolados trocam calor até entrarem em equilíbrio térmico Neste caso supondo que não há mudança de fase envolvida temos Com isso só fazemos menção as massas calores específicos e temperaturas finais e iniciais dos corpos envolvidos Contudo isso trás outro problema Precisaríamos saber o calor específico ou capacidade térmica C mc da outra substância com quem X está trocando calor Para contornar este problema os cientistas escolheram uma substância para definir seu calor específico a água cujo valor é definido como c a 1 calg ºC Dessa forma poderíamos usar a água como referência para medir o calor específico do líquido X Antes disso precisamos contornar um problema prático Quando colocamos um líquido dentro de um recipiente ele troca calor com este recipiente Então ao juntarmos o líquido X e água temos que levar em consideração o recipiente em que eles estão Isso coloca mais uma variável no nosso problema A capacidade térmica do recipiente Faremos então o seguinte Usaremos a água como referência para determinar a capacidade térmica do recipiente Depois usaremos o recipiente e o líquido X para determinar o calor específico cX de X Parte 1 a Seja um calorímetro recipiente do enunciado de capacidade térmica desconhecida C a uma temperatura inicial de Tc Suponha que aqueçamos uma massa ma de água até a temperatura Ta Depositamos a água no calorímetro e medimos a temperatura final do sistema Tf1 após o equilíbrio térmico ser atingido Mostre que a capacidade térmica do calorímetro é determinada por O calor ganho pelo calorímetro 𝑄𝑐𝐶𝑇𝑓1𝑇𝑐 O calor Perdido pela Água 𝑄𝑎 𝑚𝑎 𝑐𝑎𝑇𝑎𝑇𝑓1 Pelo princípio da conservação de energia 𝑄𝑐𝑄𝑎 𝐶𝑇𝑓1𝑇𝑐 𝑚𝑎 𝑐𝑎𝑇𝑎𝑇𝑓1 CmacaTaTf 1 CTf 1Tc CTcTf 1 ma ca 1 Tf 1Ta C TcTf 1 maCaTf 1Ta b Faremos agora o mesmo procedimento mas trocando a água pelo líquido X Mostre que o calor específico cX do líquido X é determinado por O calor ganho pelo calorímetro 𝑄𝑐𝐶𝑇𝑓2𝑇𝑐 𝑇𝑐 é a temperatura inicial do calorímetro 𝑇𝑓2 é a temperatura final do sistema após atingir o equilíbrio térmico O calor perdido pelo líquido X 𝑄𝑋 𝑄𝑋 𝑚𝑋 𝑐𝑋𝑇𝑋𝑇𝑓2 𝑇𝑋 é a temperatura inicial do líquido X 𝑚𝑋 é a massa do líquido X Pelo princípio da conservação de energia 𝑄𝑐𝑄𝑋 𝐶𝑇𝑓2𝑇𝑐 𝑚𝑋𝑐𝑋𝑇𝑋𝑇𝑓2 Isolando 𝑐𝑋 cx CTf 2Tc mX TXTf 2 cx C mX Tf 2Tc TXTf 2 cx C mX TcTf 2 Tf 2TX cx C mX TcTf 2 Tf 2TX cx C TcTf 2 mX Tf 2TX Parte 2 Após entender bem a parte teórica sobre como determinar o calor específico de um líquido você deve colocar esse conhecimento em prática Realize o experimento virtual nos simuladores da ALGETEC chamado de Calorimetria httpsunicesumargrupoaeducationmarketplaceua5fc79b67f30b4e00189c91ce Indique em uma tabela os valores medidos das temperaturas e das massas em cada etapa do experimento separadamente e anexe os resultados na atividade Massa g TEMPERATURA ºC Água 9675 25 Água aquecida 80 Óleo 15071 25 Óleo aquecido 80 calorímetro 25 Calorímetro água aquecida 735 Calorímetro óleo aquecido 652 Parte 3 Agora é hora de combinar os resultados obtidos experimentalmente junto aos cálculos teóricos Use os dados obtidos na parte 2 para determinar a capacidade térmica do calorímetro e o calor específico da substância que você usou no experimento Com os resultados em mãos discuta quais são as principais fontes de erros experimental que podem interferir no resultado final Calor especifico da água 1 calgºC Energia transferida pela água 𝑄𝑎 𝑚𝑎𝑐𝑎𝑇𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙𝑇𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 Energia absorvida pelo calorímetro 𝑄𝑐 𝐶𝑇𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙𝑇𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 Calculo da capacidade Térmica do calorímetro C 𝑄𝑎 𝑄𝑐 𝑚𝑎𝑐𝑎𝑇𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙𝑇𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝐶𝑇𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙𝑇𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 96751 80735 𝐶73525 62888 𝐶 4825 C62888 4825 Capacidade térmica do calorímetro 1303 calºC Massa do óleo 𝑚𝑜 15071 g 𝑇𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 25𝐶 𝑇𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙652𝐶 Energia transferida pelo óleo 𝑄𝑜 𝑚𝑜𝑐𝑜𝑇𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙𝑇𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 Energia absorvida pelo calorímetro 𝑇𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 25ºC 𝑇𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 652 ºC 𝑄c 𝐶𝑇𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙𝑇𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 Calculo do calor especifico do óleo Energia transferida pelo óleo energia absorvida pelo calorímetro 𝑚𝑜𝑐𝑜𝑇𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙𝑇𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝐶𝑇𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙𝑇𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 15071 co 652 80 1303 652 25 15071 co 148 1303 402 15071 co 148 1303 402 223068co 5238 co 5238 223068 Calor especifico do óleo 023 calgºC Erros Experimentais Trocas de calor com o ambiente O calorímetro pode não ser completamente isolado permitindo trocas de calor com o ambiente externo o que pode influenciar as medições das temperaturas finais Incertezas na medição de temperatura A precisão dos termômetros utilizados pode introduzir erros nas leituras particularmente nas temperaturas finais afetando assim os resultados Evaporação da água Durante o experimento uma pequena quantidade de água pode ter evaporado alterando a massa inicial e consequentemente os cálculos de energia Erros na medição de massa Pequenas imprecisões na medição das massas de água e óleo podem impactar os cálculos de capacidade térmica e calor específico REFERÊNCIAS GUIMARÃES José Osvaldo de Souza Física Geral e Experimental II MaringáPR Unicesumar 2019