determinaçao do calor especifico do cobre (cu), chumbo (pb), e

LABO 1: Calor específico Cadeira TEM, 1o semestre 2007/2008

Determinação do calor específico do Cobre (Cu), Chumbo (Pb), e vidro utilizando um calorímetro

TEORIA

A quantidade de calor Q que é absorvida ou libertada quando um corpo é aquecido ou arrefecido é proporcional à variação de temperatura T e à sua massa m.

Q = c m T 1

O factor de proporcionalidade c, o calor específico do corpo é uma quantidade que depende apenas do material. Nesta experiência, o calor específico de vários sólidos ( Cu, Chumbo, vidro) vai ser determinado. Em cada caso, a massa do corpo é determinada (m1), o corpo é aquecido com vapor de água até uma temperatura T1=100C, e depois colocado num termos com água (água com massa m2, que se encontra a uma temperatura inicial T2). Após se atingir o equilíbrio ( agitação mecânica) o corpo e a água atingem uma temperatura de equilíbrio Tm por permuta de calor. A quantidade de calor libertada pelo corpo quente:

Q1 = c1 m1 (T1-Tm) 2

é igual à quantidade de calor absorvida pela água

Q2 = c2 m2 (Tm-T2) 3

onde c2 e m2 são respectivamente o calor específico da água (c2 = 4.186 kJ/(kg C)) e a sua massa. A Fig.1 representa esquemáticamente o corpo quente à temperatura T1, a ser lançado no calorímetro (água à temperatura T2). Após se atingir o equilíbrio, a temperatura final e Tm.

Fig.1

R. Schwarz, Versão do 12.10.2007 1

T1

T2

Tm


Podemos assim determinar

c1 = c2 (m2/m1) (Tm-T2)/(T1-Tm) 4

Na realidade, o termos (o calorímetro) tambem absorve algum do calor libertado pelo corpo quente . Para o calorímetro utilizado nesta experiencia, a quantidade de calor absorvida pelo calorímetro equivale a uma quantidade de calor absorvida por uma massa equivalente de água (mequi). Assim a expressão 3 altera-se para

Q2 = c2 (m2+mequi) (Tm-T2) 5

e a expressão 4 altera-se para:

c1 = c2 (m2+mequi)/m1) (Tm-T2)/(T1-Tm)

onde c2 = 4.186 kJ/(kg C)mequi = 0.024kg 6

MÉTODO EXPERIMENTAL

1-EQUIPAMENTO:

1-calorímetro (termos)

2-tampa do termos com abertura para termómetro e suporte do corpo



3-termómetro (menor divisão da escala 0.2C)4-balança5-gerador de vapor

6-sistema de aquecimento do corpo por vapor

7-Cobre (mini lingotes), Chumbo(esferas) ou vidro (esferas)8-luvas de protecção térmica



2-PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL:

Monte a experiência tal como é indicado na Fig.2.

Fig.2

1-encha de água o recipente do gerador de vapor (5)2-ligue os tubos ao recipiente de aquecimento (6) e ao recipiente de vidro (7)

3-encha o recipiente (6) com o material cujo calor específico c1 pretende determinar e tape com a rolha


5

6

7


4-ligue o disco de aquecimento (tenha atenção para que o tubo de libertação do vapor não saia do recipiente de vidro). Para que o corpo a analisar atinja a temperatura do vapor de água em ebulição (T1=100C) espere 15 a 20min (20min no caso do vidro). 5-Neste intervalo de tempo meça a massa do calorimetro vazio, mc, utilizando a balança.6-Coloque de seguida cerca de 180 a 200ml de água no calorímetro e meça a massa total (mc + m2). Determine a massa de água no calorímetro, m2.7-Introduza o termómetro na tampa do calorímetro e meça a temperatura inicial da água (T2).8-Ao fim de 15 a 20 min de aquecimento, coloque o calorímetro com a rede para receber o corpo a analisar (mas sem a tampa) por baixo da saída do recipiente de aquecimento. Abra a porta inferior do recipiente de aquecimento, deixando cair os pedaços de Cu (Pb, Vidro) até encher a rede de recolha. De imediato, coloque a tampa no calorímetro, e o termómetro. 9-Desligue o prato de aquecimento. 10-Vá deslocando para baixo e para cima o corpo quente no calorímetro , de modo a homogeneizar a temperatura da mistura. Vá observando a subida da temperatura da mistura até atingir a temperartura máxima Tm.



11-Tire a tampa do calorímetro, retire o corpo e meça a sua massa m1 (balança). Se tiverem caído alguns pedaços do material para fora da rede e que estejam no fundo do calorímetro, retire estes pedaços e inclua-os na massa m1.

12-Preencha a tabela seguinte, e calcule o calor especifico do corpo c1, a partir da expressão 6.

material m1(g) m2(g) T1(C) T2(C) Tm(C) c(kJ/(kgC)) c(kJ/(kgC))

Repita os passos 1-12 para determinar os calores específicos dos outros materiais.ATENÇÃO: a manipulação do gerador de vapor requer cuidado-utilize as luvas termicas, e não deixe esgotar a água no gerador de vapor com o prato ligado. Mantenha o tubo de saída do vapor seguro ao recipiente de vidro. NÂO SE QUEIME.

3-EXEMPLO:

Determinação do calor específico do Cu, Pb, vidro(experiência realizada a 29 de Setembro de 2005)

m1(g) m2(g) T1(C) T2(C) Tm(C) c(kJ/(kgC)) c(kJ/(kgC))Cu 132.8 188.1 100 20.2 24.5 0.381 0.385Pb 112.0 181.2 100 22.6 24.1 0.152 0.1295vidro 39.6 186.2 100 20.6 23.8 0.874 0.746

Os valores c representam valores de referência obtidos na literatura.

Paulo J.P. Freitas29 de Setembro de 2005


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