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 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 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 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 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 PROCEDIMENTOS PARTE I DETERMINAÇÃO DA CAPACIDADE TÉRMICA DE UMA CALORÍMETRO SEGURANÇA DO EXPERIMENTO Coloque os equipamentos de proteção individual localizados no Armário de EPIs 2 TARANDO A BALANÇA Posicione o béquer sobre a balança liguea e utiliza a função TARA para desconsiderar a massa do béquer durante a realização do experimento 3 ADICIONANDO ÁGUA NO BÉQUER Transfira da pisseta para o béquer 100 mL da água 4 MEDINDO A MASSA DA ÁGUA Posicione o béquer já com água sobre a balança e meça a massa da água Anote o valor observado 100ml na balança 09999g 5 AJUSTANDO O AQUECIMENTO Posicione o béquer no sistema de aquecimento e ligue a chama do bico de Bunsen Se possível acelere a troca térmica 6 MEDINDO A TEMPERATURA DE AQUECIMENTO Utilize o termômetro para medir a temperatura da água em aquecimento Aguarde a água aquecer até aproximadamente 80 C e então desligue o sistema de aquecimento Retire o béquer do sistema de aquecimento e posicioneo sobre a mesa 7 MEDINDO A TEMPERATURA INICIAL DO CALORÍMETRO Meça a temperatura inicial do calorímetro utilizando o termômetro Anote essa temperatura 253 c 8 ADICIONANDO ÁGUA AQUECIDA AO CALORÍMETRO Despeje a água aquecida contida no béquer sobre o calorímetro e agiteo para acelerar a troca térmica 9 MEDINDO A TEMPERATURA DO CALORÍMETRO Espera a temperatura do calorímetro estabilizar e meça novamente a sua temperatura utilizando o termômetro Anote o valor encontrado 819 c 10 DESMONTANDO O EXPERIMENTO Descarte o conteúdo do calorímetro e desligue o termômetro 11 ANALISANDO OS RESULTADOS Siga para a seção Avaliação de Resultados neste roteiro e responda de acordo com o que foi observado no experimento AVALIAÇÃO DOS RESULTADOS PARTE I DETERMINAÇÃO DA CAPACIDADE TÉRMICA DE UMA CALORÍMETRO A capacidade térmica C do calorímetro pode ser determinada pelo princípio da conservação de energia QCEDIDO QRECEBIDO QCEDIDO PELA ÁGUA QUENTE QABSORVIDO PELO CALORÍMETRO m1c T1 Tf C Tf TC C m1c T1 Tf Tf TC Onde C capacidade térmica do calorímetro m1 massa de água c calor específico da água 1calg C T1 temperatura da água quente Tf temperatura final de equilíbrio sistema TC temperatura no interior do calorímetro 1Com os dados obtidos calcule a capacidade térmica do calorímetro PARTE II DETERMINAÇÃO DO CALOR ESPECÍFICO DE LÍQUIDOS 1 ADICIONANDO ÓLEO NO BÉQUER Transfira da pisseta para o béquer 100 mL de óleo 2 MEDINDO A MASSA DO ÓLEO Coloque o béquer já com o óleo sobre a balança e realize a pesagem Anote a massa encontrada 9290g 3 AJUSTANDO O AQUECIMENTO Posicione o béquer no sistema de aquecimento e ligue a chama do bico de Bunsen Se possível acelere a troca térmica 4 MEDINDO A TEMPERATURA DE AQUECIMENTO Utilize o termômetro para medir a temperatura do óleo em aquecimento Aguarde o óleo aquecer até aproximadamente 80 C e então desligue o sistema de aquecimento Retire o béquer do sistema de aquecimento e posicioneo sobre a mesa 5 MEDINDO A TEMPERATIRA INICIAL DO CALORÍMETRO Meça a temperatura inicial do calorímetro utilizando o termômetro Anote essa temperatura 253 c 6 ADICIONANDO ÓLEO AQUECIDO AO CALORÍMETRO Despeje o óleo aquecido contido no béquer sobre o calorímetro e agiteo para acelerar a troca térmica 7 MEDINDO A TEMPERATURA DO CALORÍMETRO Espera a temperatura do calorímetro estabilizar e meça novamente a sua temperatura utilizando o termômetro Anote o valor encontrado 783c 8 DESMONTANDO O EXPERIMENTO Descarte o conteúdo do calorímetro e desligue o termômetro Siga para a seção Avaliação de Resultados neste roteiro e responda de acordo com o que foi observado no experimento PARTE II DETERMINAÇÃO DO CALOR ESPECÍFICO DE LÍQUIDOS A capacidade térmica C do calorímetro pode ser determinada pelo princípio da conservação de energia QCEDIDO QRECEBIDO QCEDIDO PELO ÓLEO QUENTE QABSORVIDO PELO CALORÍMETRO m1c T1 Tf C Tf TC c C Tf TC m1 T1 Tf Onde C capacidade térmica do calorímetro m1 massa de óleo c calor específico do óleo T1 temperatura do óleo quente Tf temperatura final de equilíbrio sistema TC temperatura no interior do calorímetro 1 Com os dados obtidos calcule o calor específico do óleo Compare o valor obtido com valores de calor específico de óleos vegetais encontrados na internet Justifique eventuais diferenças 2 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 Parte 1 a A soma total dos calores é nula QaQc0macaT f 1T aC T f 1T c0 Vamos isolar a capacidade térmica do calorímetro C T f 1T cmacaT f 1T a C maca T f 1T a Tc T f 1 O enunciado apresenta a relação de modo invertido mas a expressão encontrada acima é a correta b A soma dos calores se anula novamente Q xQ c0m xcx T f 2T xC T f 2T c0 Temos C T f 2T cmx cxT f 2T x Para encontrar o calor específico do fluido x fazemos c x C T f 2T c mxT f 2T x cx C T cT f 2 mxT f 2T x Parte 2 Dados do primeiro experimento Massa da água Temperatura inicial da água Temperatura inicial do calorímetro Temperatura final do sistema 9999 g 895 ºC 253 ºC 819 ºC Dados do segundo experimento Massa da substância Temperatura inicial da substância Temperatura inicial do calorímetro Temperatura final do sistema 9290 g 97 ºC 253 ºC 783 ºC Parte 3 Usando os dados da primeira tabela na expressão da letra a da parte 1 C maca T f 1T a Tc T f 1 C9999 819895 253819 Logo temos C1343 cal ºC Agora vamos substituir os dados da segunda tabela na expressão da letra b da parte 1 aqui C1343 calºC c x C Tc T f 2 m xT f 2T x c x1343253783 929078397 Logo temos c x041 cal gºC Há diversas origens possíveis para erros experimentais associados a este experimento Podemos pensar nas flutuações naturais dos aparelhos nas medições das massas e temperaturas e também nas trocas de calor indesejadas com o ambiente De modo geral o experimento é satisfatório Essas fontes de erro provavelmente afetam a segunda casa decimal das nossas respostas