Toginho Filho, D. O.; Catálogo de Experimentos do Laboratório Integrado de Física Geral
Departamento de Física Universidade Estadual de Londrina, Fevereiro de 2012.
Calor específico de metais
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1 - Conceitos relacionados
Temperatura, capacidade térmica, calor específico,
calor latente, equilíbrio térmico.
2 - Objetivos
Determinar a capacidade térmica de um calorímetro, o
calor específico de amostras metálicas, o calor de
fusão, e de evaporação da água.
3 - Método utilizado
No método por mistura uma amostra aquecida é
colocada em contato térmico com um volume de água
com menor temperatura dentro do calorímetro. No
método por aquecimento, a amostra é colocada no
calorímetro com água em temperatura pouco abaixo da
temperatura ambiente. O calor específico das amostras
é determinado através do aumento da temperatura do
sistema (calorímetro + água + amostra) quando recebe
energia de um sistema de aquecimento externo.
4 - Equipamentos
1 béquer
1 calorímetro
1 balança de braço
1 cronômetro digital
1 termômetro –10 /110 oC
2 sistemas de aquecimento
1 conjunto de amostras metálicas
água e gelo
5 - Fundamentos Teóricos
Robert Boyle e Isaac Newton, entre outros, já
pensavam que o calor estava associado ao movimento
microscópico que agita as partículas de um
determinado material. Entretanto, Lavoisier, Fourier,
Laplace, Poisson e outros, diziam que calor era um
fluido indestrutível denominado “calórico” que fluía
entre as substâncias. Graf Von Rumford mergulhou
cilindros de metal na água e neles perfurou furos: o
calor devido ao atrito da fricção mecânica podia fazer
ferver a água. Em 1847, Joule através de medidas muito
cuidadosas demonstrou que o calor não é uma
“substância” indestrutível, pois pode ser convertida em
energia mecânica. Assim, calor e energia mecânica
podem ser considerados como manifestações diferentes
de uma mesma quantidade física: energia.
Uma propriedade observada ao se estudar o calor e
as propriedades termométricas, é a mudança de estado
mediante o fornecimento ou retirada de calor dos
materiais. Alguns materiais mantêm constante sua
temperatura durante a transformação de uma fase para
outra. Esta propriedade pode ser utilizada na obtenção
de pontos de referencia para uma escala termométrica.
Joseph Black estudou experimentalmente o
comportamento térmico dos materiais durante as
transformações de fase. Com base nestes estudos ele
enunciou o conceito de calor latente, isto é, o calor
necessário a um corpo para provocar a mudança de
estado. Quando o comportamento térmico de um
material resulta numa variação da temperatura com o
fornecimento de calor sem mudança de fase, este
comportamento é denominado calor sensível.
5.1 - Calor específico
Seja considerado um sistema físico A a
temperatura TA e outro sistema físico B à temperatura
TB, isolados do meio exterior, com TATB. Se os dois
sistemas são colocados em contato, ocorre transferência
de energia (calor) do sistema mais quente para o mais
frio. Não havendo perda de energia para o exterior, a
transferência de energia entre os dois sistemas pode ser
escrita como:
cedidorecebido QQ
ou
cedidorecebido QQ
(1)
Se TA TB, o sistema A receberá calor do sistema B,
sendo considerado por convenção
0
cedido
Q
.
A troca de calor entre o sistema A e o sistema B
resulta na alteração de temperatura destes sistemas,
para uma temperatura de equilíbrio Tf de valor
intermediário. A quantidade de calor cedido (ou
recebido) por um dos sistemas, dividida pela variação
da temperatura deste sistema é definido como
capacidade térmica C do sistema, sendo escrita como:
T
Q
C
(2)
