Capacidade Termica Massica de Um Liquido

Engenharia de Instrumentação

e Metrologia

Capacidade térmica

mássica de um

líquida

Docente: Maria Ribeiro

09-01-2013

Realizado por:

Diogo Silva, 1110667

Pedro Sequeira, 1100317

Relatório de Termodinâmica Aplicada

Capacidade Térmica Mássica de um Líquido 2

Índice

Introdução ..................................................................................................................................... 3

Objetivos ....................................................................................................................................... 4

Fundamento Teórico ..................................................................................................................... 5

Metodologia .................................................................................................................................. 6

Resultados ..................................................................................................................................... 8

Discussão ..................................................................................................................................... 10

Conclusão .................................................................................................................................... 11

Bibliografia .................................................................................................................................. 12



Introdução

A capacidade térmica mássica é a variação de temperatura que um material sofre ao receber energia. Este constante e igual para cada material e em cada estado físico em que esta se apresente, daí que possa-se dizer que a capacidade térmica mássica é especifico para cada material.



Objetivos

� Determinação da capacidade térmica mássica do petróleo pelo método de

arrefecimento de Dulong et Petit e comparação do valor obtido com o valor

tabelado.



Fundamento Teórico

Capacidade Térmica Mássica

Suponhamos que uma determinada quantidade de calor dQ, seja transferida entre um sistema e a sua vizinhança. Se o sistema sofrer uma mudança de temperatura dT, a capacidade térmica mássica c do sistema, é definida como:

Ou seja, o calor dQ necessário para aumentar de dT a temperatura da massa m do material é:

dQ = m c dT

A unidade de calor no SI é o joule (J) mas, normalmente em laboratório ainda é utilizada a caloria que representa o calor necessário para elevar a temperatura de 1g de água de 14,5º C a 15,5º C, à temperatura e pressões normais.

A unidade da capacidade térmica mássica mo SI é J kg-1 K-1.

Capacidade Térmica

À quantidade de calor necessária para elevar ou diminuir a temperatura de 1 K, de uma determinada massa de uma substância chama-se capacidade térmica. Por outras palavras, é a quantidade de energia calorífica libertada ou recebida por um corpo quando a sua temperatura varia de um kelvin. É igual a:

C = m c

sendo m a massa do corpo e c a capacidade térmica mássica da substância. As capacidades térmicas podem adicionar-se.



Metodologia

Material Necessário:

• Calorímetro; • Fogão elétrico; • 2 provetas de 250 ml; • Proveta não graduada; • Proveta de 20 ml; • Cristalizador; • Densímetro para petróleo; • Termómetro; • Cronómetro; • Funil e esguicho.

Procedimento:

1. Usaremos neste trabalho um calorímetro de alumínio, cuja capacidade térmica mássica (cv) é 896 J kg-1 K-1. Para conhecer a massa do vaso de alumínio (mv) é necessário proceder à sua pesagem. Assim a capacidade térmica mássica será dada pela expressão:

C´ = cv × mv

2. Colocar petróleo numa proveta não graduada e com o densímetro media a

densidade.

3. Colocar 200 ml de petróleo dentro do vaso de alumínio e tapar com a tampa do calorímetro. Introduzir o termómetro, atravessando pela rolha B, no vaso.

4. Com o auxilio de uma proveta graduada (20 ml) medir o volume (v em cm3) da parte do termómetro mergulhado no liquido. A capacidade térmica correspondente é dada por:

C´´´ = 1.95 v cm3 J K-1

5. Colocar o vaso de alumínio em banho maria, até a temperatura se elevar até 70º C. Usar a tina de vidro com um pouco de água para o banho maria.

6. Atingida a temperatura referida, retirar o vaso do banho maria, enxugar rapidamente, introduzir no calorímetro e com o auxilio de um cronometro, tomar nota do tempo que a temperatura leva a baixar dos 70º C para os 58º C. A temperatura deve registar-se de minuto a minuto.

7. Retirar o petróleo do vaso que se lava com água e sabão. Introduzir agora

no vaso 200g de água. Seguidamente executar as mesmas operações que se efetuaram com o petróleo.



8. Com os valores registados, de minuto a minuto, traçar no mesmo gráfico e

para cada caso, uma curva que indica a marcha de arrefecimento do liquido. Marcar os tempos em abcissas e as temperaturas em ordenadas. Das curvas deduz-se para cada liquido, o tempo necessário para se verificar um mesmo abaixamento de temperatura.

9. A capacidade térmica do sistema: vaso + parte imersa do termómetro + água será:

C1 = mv cv + 1.95 v + m1 c1 J K-1

10. Do mesmo modo a capacidade térmica do sistema: vaso + parte imersa do termómetro + petróleo será:

C0 = mv cv + 1.95 v + m0 c0 J K-1

11. A um abaixamento de temperatura corresponde para cada liquido um

intervalo de tempo diferente.

12. Como a razão destes intervalos de tempo é proporcional à razão das capacidades térmicas correspondentes, tem-se que:

13. A expressão seguinte permite determinar o valor da capacidade térmica

mássica do petróleo em J kg-1 K-1.

14. Calcular a capacidade térmica mássica do petróleo e a incerteza associada ao valor encontrado.



Resultados

massa vaso = 83g = 0.083 kg

c vaso = 896 J kg-1 K-1

C´= mv × cv � C´= 0.083 × 896 � C´= 74.368 J K-1

Densidade petróleo= 0.790 kg m-3

Volume petróleo= 200 ml = 200 cm3 = 0.2 m3

c petroleo = 2.081 × 103 J kg-1 K-1

C´= (ρp ÷ Vp) × cp � C´= ( 0.790 ÷ 0.2 ) × 2.081 × 103 � C´= 8220 J K-1

Tempo (min) Temperatura (ºC)

0 70.0 1 64.7 2 63.0 3 61.9 4 60.4 5 58.8 6 57.8

Tabela 1 - Descida da temperatura ao longo do tempo do petróleo

y = -1,8214x + 67,836

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 1 2 3 4 5 6 7

Tem

pe

ratu

ra (

ºC)

Tempo (min)

Gráfico 1 - Descida da temperatura ao longo do tempo do petróleo



Tempo (min) Temperatura (ºC)

0 70.0 1 68.8 2 67.7 3 65.8 4 64.5 5 63.6 6 62.7 7 61.9 8 61.2 9 60.4

10 59.7 11 59.0 12 58.3 13 57.6

Calculo da capacidade térmica mássica do petróleo:

c petróleo = 5.176 × 103 J kg-1 K-1

Valor tabelado

( J K-1)

Valor

calculado

( J K-1)

Erro absoluto

( J K-1)

Erro relativo

(%)

c petróleo 2.081 × 103 5.176 × 103 - 3.095 × 103 148

y = -0,9367x + 69,031

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 2 4 6 8 10 12 14

Tem

pe

ratu

ra (

ºC)

Tempo (min)

Tabela 2 - Descida da temperatura ao longo do tempo da água

Gráfico 2 - Descida da temperatura ao longo do tempo da água

Tabela 3 - Erro associado a capacidade térmica mássica do petróleo



Discussão

Questões presentes no relatório:

1. Diga justificando se são verdadeiras ou falsas as seguintes afirmações: a) Se a capacidade térmica mássica de um material A é superior à de um

material B então a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de A de 30ºC é maior que a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de B dos mesmo 30ºC.

A afirmação é verdadeira, pois quanto maior for a capacidade térmica mássica, maior terá de ser o calor fornecido ao material para este aumentar a sua temperatura. b) A capacidade térmica mássica de um material depende da

condutibilidade térmica do mesmo e da sua densidade. A afirmação é falsa, pois a capacidade térmica mássica de um material depende da sua massa, temperatura e energia. c) A capacidade térmica total de um sistema constituído pelos

elementos A,B e C é igual ao produto das capacidades térmicas individuais de cada elemento.

A afirmação é falsa, pois a capacidade térmica de um sistema constituído por diferentes elementos tem diferentes contribuições, logo vai depender da percentagem desse elemento no sistema e da capacidade térmica mássica de cada elemento.

2. Distinga entre capacidade térmica e capacidade térmica mássica. Capacidade térmica é a energia necessária para um material aumentar a sua temperatura em um grau, enquanto capacidade térmica mássica é a quantidade de energia necessária para que a temperatura do seu corpo varie.



Conclusão

Através da realização desta atividade laboratorial, podemos concluir que toda a teoria aplicada foi comprovada apesar dos resultados não serem exatamente os esperados.

O calculo da capacidade térmica mássica, em comparação com o tabelado da um erro bastante elevado, no entanto o procedimento utilizado foi cumprido na integra, daí termos dificuldades em concluir a razão pela qual o valor do erro e tão elevado.

Apesar disto, podemos comprovar que de fato a metodologia proposta para a realização desta atividade laboratorial foi a mais adequada.



Bibliografia

� http://pt.wikipedia.org/wiki/Calor_espec%C3%ADfico ; � Guião da atividade experimental cedido pela engenheira;

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