UNIVERSIDADE ANHANGUERA

CURVA DE AQUECIMENTO DA ÁGUA

FISICA III

GUARULHOS

MAIO DE 2011

FÍSICA III

Componente:

GREGORY INACIO DE OLIVEIRA

JOSE DE ARIMATEIA ALVES DE SOUSA 211600076

MARCUS VINICIUS DE CARVALHO TORQUATO SILVA

Professor: ILOMAR ESTEVAO C. MACHADO

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO..............................................................................................4

2. OBJETIVOS..................................................................................................4

3. NORMAS TÉCNICAS PERTINENTES.........................................................4

4. INTRODUÇÃO TEÓRICA.............................................................................4

4.1. CALOR ESPECÍFICO...............................................................................4

4.2. CAPACIDADE TÉRMICA..........................................................................4

5. DESENVOLVIMENTO EXPERIMENTAL.....................................................5

5.1. MATERIAL UTILIZADO.............................................................................5

5.2. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL.........................................................6

5.3. CURVA DE TEMPERATURA POR TEMPO DE AQUECIMENTO............8

5.4. CALCULAR A QUANTIDADE DE CALOR FORNECIDO DURANTE O TEMPO DE AQUECIMENTO..............................................................................8

5.5. CALCULAR A QUANTIDADE DE CALOR FORNECIDO PARA A MASSA DE ÁGUA QUE EVAPOROU..............................................................................8

6. DISCUSSÕES E REFLEXÃO.......................................................................9

6.1. ERROS......................................................................................................9

7. CONCLUSÃO...............................................................................................9

8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.............................................................9

1. INTRODUÇÃO

Este relatório apresenta a descrição de um experimento sobre o aquecimento da água realizado por três alunos da disciplina Física III no dia 10 de maio de 2011, sob supervisão do professor Ilomar E. C. Machado docente da Universidade Anhanguera.

2. OBJETIVOS

O experimento teve como objetivo calcular a quantidade total de calor fornecido auma determinada massa de água.

3. NORMAS TÉCNICAS PERTINENTES

Para esta experiência de laboratório, não foram utilizadas nenhuma norma técnica da ABNT, apenas foram observadas como referencial as orientações do professor da disciplina.

4. INTRODUÇÃO TEÓRICA

De maneira bem simples, ao menos uma vez na vida, já tivemos experiências térmicas que, de maneira intuitiva, observamos como determinadas substancias respondem ao acréscimo de calor e de como este calor tende a se equilibrar com o meio. Um exemplo típico é quando tentamos regular a temperatura do chuveiro elétrico, aumentando ou diminuindo a quantidade de água que flui por ele. A esta resposta específica da água, podemos dar o nome de calor especifico ou capacidade térmica, que melhor definiremos abaixo.

Para fazermos medidas de calor especifico e capacidade térmica, utilizamos um calorímetro, que nada mais é que um cilindro de metal isolado do meio externo por uma camada de vácuo para que haja a diminuição da perda de calor por outros fatores, algo parecido com uma garrafa térmica aberta. Nela estão inseridos uma massa determinada de um liquido, um termômetro, e uma resistência elétrica que será responsável pelo ganho de calor constante.

Para conceituações mais precisas, adotaremos as seguintes definições:

1.1. CALOR ESPECÍFICO

Calor específico de uma substancia, é a quantidade de calor Q, em calorias, necessárias para elevar um grama de uma substância de T1°C a T2°C. [2]

1.2. CAPACIDADE TÉRMICA

A capacidade térmica de um corpo em particular é definida como o produto de sua massa em gramas e seu calor específico em calorias por grama por grau centígrado.

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5. DESENVOLVIMENTO EXPERIMENTAL

Com o becker de vidro já contendo água 600 gramas de água, o aquecedor, posicionado dentro do calorímetro e em contato com a água, foi ligado e a temperatura da água foi verificada uma vez por minuto. Após 15 minutos, o aquecedor foi desligado, a água foi resfriada e medida novamente sua massa.

Os dados de temperatura e as conclusões obtidas no processo encontram-se nas próximas seções do relatório.

1.3.MATERIAL UTILIZADO

a. Becker de vidro graduado 1000 ml. Fabricante Pyrex;

b. Termômetro de Mercúrio graduado 0 a 100ºC;

c. Fonte de aquecimento 127V;

d. Cronômetro digital para uso em laboratórios. Fabricante Cronobio.

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1.1.PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

a. Medir o volume (massa) de água no inicio e no fim do experimento;

Massa inicial = 600 g;

Massa final = 540 g.

b. Levantar a curva de temperatura por tempo de aquecimento;

Temperatura: T [ºC];

Tempo: t [min].

c. Calcular a quantidade de calor fornecido durante o tempo de aquecimento;

Q = m * c * T, sendo;

Q [cal]

m [g]

c [cal/g ºC]

T [ºC]

d. Calcular a quantidade de calor fornecido para a massa de água que evaporou;

Q = m * Lv, sendo;

Q [cal]

m [g]

Lv [cal/g ºC]

e. Comparar o valor obtido para a quantidade total de calor fornecida ao sistema com alguns exemplos de alimentos mais comuns.

Quando acontece a queima dos alimentos, ocorre o rompimento das ligações químicas das espécies presentes nestes alimentos (proteínas, gorduras, etc). A energia liberada neste processo foi transferida na forma de calor para água e a variação de temperatura ocorrida foi detectada pelo termômetro.

Como Caloria é a quantidade de calor necessária para elevar em 1º C 1grama de água (ou, mais precisamente, de 14,4ºC a 15,5ºC), conhecendo-se a massa de água contida no processo e a variação de temperatura produzida pelo calor liberado no processo de queima dos alimentos testados, é possível calcular as calorias presentes nestes alimentos.

A quantidade de energia liberada no processo de queima do alimento depende da massa de água e da variação da temperatura ocorrida durante a queima, conforme a expressão:

Q = massa da solução * ΔT

Onde: Q = Quantidade de energia liberada (cal).

Massa da solução = massa de água (g).

ΔT = variação da temperatura, em graus Celsius (Tfinal – Tinicial)

Para se determinar a energia característica do alimento, ou seja, a quantidade de energia que é liberada por grama de alimento, utiliza-se a seguinte expressão:

Q = quantidade de energia liberada (cal) / Massa do alimento (g)

Onde: Q = energia característica do alimento (cal\g).

1.2.curva de temperatura por tempo de aquecimento

T [ºC] t [min] 21,5 0,032,2 1,3

48 2,368 3,370 4,380 5,387 6,392 7,394 8,389 9,386 10,383 11,380 12,376 13,3

70,5 14,368 15,3

1.3.CALCULAR A QUANTIDADE DE CALOR FORNECIDO DURANTE O TEMPO DE AQUECIMENTO

Q1 = m * c *T, sendo;

Q1 9180[cal]

M 600 [g]

c 1 [cal/g ºC]

T (15.30 – 0)[ºC]

1.4.CALCULAR A QUANTIDADE DE CALOR FORNECIDO PARA A MASSA DE ÁGUA QUE EVAPOROU

Q2 = m * Lv, sendo;

Q2 270[cal]

m 540 [g]

Lv 0,5 [cal/g ºC]

Portanto, o total de calor fornecido seria: Q1 + Q2 = 9450 [cal]

6. DISCUSSÕES E REFLEXÃO

1.5.ERROS

Erros grosseiros: Não foram detectados erros grosseiros durante os procedimentos.

Erros aleatórios: Houve erros aleatórios no momento de ler a temperatura da água a cada minuto, pois os alunos não conseguiam manter o intervalo de precisamente um minuto, em quase todas as medidas houve um pequeno desvio de poucos segundos na duração do intervalo (se o desvio fosse constante, o erro seria sistemático e seria corrigido). Pode haver pequenos erros aleatórios decorrentes de trocas de calor entre a água e o ambiente por problemas de vedação do calorímetro e também pela entrada de energia durante o processo de agitação.

Erros sistemáticos: Neste experimento, erros sistemáticos são causados pela calibração dos aparelhos (balança, termômetro, cronômetro e fonte). Como todos os instrumentos de medida não eram digitais, houveram alguns erros sistemáticos na leitura das medidas (erros de paralaxe e/ou erro na avaliação da indicação na escala).

7. CONCLUSÃO

Concluímos que a calor específico da água é 1 cal/g°C e a capacidade térmica do calorímetro é 42,3cal/°C. Comparando-se o calor específico da água que foi obtido no experimento com o valor encontrado na literatura (1cal/g°C), vemos que são iguais, mas deve-se considerar que são iguais por conta de arredondamentos.

Consideramos que o experimento foi válido: os dados coletados nos aquecimentos confirmam os dados esperados e o valor encontrado para o calor específico da água também está de acordo com o esperado.

8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] HALLIDAY, D. et al. Fundamentos de Física 2: Gravitação, Ondas e Termodinâmica. 6º Edição.Rio de Janeiro: LTC Editora, 2002.[2] FERENCE, M. JR. et al. Curso de física: Calor. São Paulo: Editora Edgard Blücher.