Capacidade termica massica

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Problema
. Porque é que no Verão a areia fica escaldante e a água do mar não?
. Porque é que os climas marítimos são mais amenos do que os continentais?
Objectivo
. Determinar a capacidade térmica mássica do ferro e do cobre;
. Cumprir todas as normas de segurança e higiene no laboratório.
Introdução
Nesta actividade experimental vai ser utilizada a expressão C = Δt.I.U / m.Δ paracalcular a capacidade térmica mássica de uma substância. A capacidade térmica de uma substância corresponde à quantidade de energia necessária para fazer variar de ΔºC a temperatura de uma certa massa de um material.
Esta expressão mostra que esta quantidade de energia é directamente proporcional à massa da substância e à variação da temperatura pretendida, isto é:
. Para obter a mesma variação datemperatura, é necessário fornecer ou retirar uma quantidade de energia tanto maior quanto maior for a massa do material cuja temperatura se quer alterar;
. Para a mesma massa, quanto maior for a variação de temperatura que se pretende obter, maior a quantidade de energia é necessário fornecer ou retirar;
. A constante de proporcionalidade denomina-se capacidade térmica mássica da substância.Para temperaturas iguais ou superiores à temperatura ambiente, tem um valor constante que caracteriza a maior ou menor facilidade que essa substância tem para absorver energia.
A capacidade térmica mássica de uma substância é numericamente igual à quantidade de energia que é necessário transferir para a massa de 1kg dessa substância, para que esta experimente a variação de temperatura de 1k (ou de1ºC).
Material
. 1 Fonte de alimentação;
. 1 Voltímetro (± 0,01 Volts);
. 1 Amperímetro (± 0,01 Amperes);
. 1 Cronómetro;
. 1 Balança (± 0,01g);
. 1 Bloco de Ferro;
. 1 Bloco de Cobre;
. 1 Termómetro (± 0,5 ºC)
. Glicerina (L);
. 1 Interruptor;
. 1 Gobelé 250 mL;
. 1 Placa de esferovite;
. Fios de ligação;
. Crocodilos;
. Resistência eléctrica.
Procedimento
1. Pesaram-se osblocos metálicos;
2. Montou-se o circuito eléctrico com a resistência de aquecimento, a fonte de alimentação, o amperímetro (em série) e o voltímetro (em paralelo);
3. Registou-se as incertezas absolutas de leitura de cada um dos materiais utilizados na montagem do circuito eléctrico;
4. Colocou-se um pouco de glicerina no interior de um dos orifícios do bloco de cobre;
5. Colocou-se aresistência de aquecimento e o termómetro nos restantes orifícios do bloco de cobre;
6. Ligou-se a fonte de alimentação;
7. Fechou-se o circuito e iniciou-se a contagem no cronómetro, simultaneamente;
8. Registou-se, minuto a minuto, os valores obtidos (temperatura, intensidade e diferença de potencial) numa tabela;
9. Calculou-se a capacidade térmica mássica do cobre;
10. Calculou-se a percentagem deerro do valor calculado e comparou-se com o valor tabelado;
11. Elaborou-se um gráfico  = f(t), que ilustra a variação da temperatura do bloco.
Para o bloco de ferro efectuou-se o mesmo procedimento.
Tabelas
Bloco de Cobre
Tempo (min.) | Temperatura (ºC) | Intensidade da Corrente- I (Amperes) | Diferença de Potencial- U (Volts) |
0 | 26 | 5,11 | 3,66 |
1 | 30 | 5,21 | 3,18 |
2 | 38| 5,23 | 3,32 |
3 | 50 | 5,19 | 0,93 |
4 | 55 | 5,05 | 3,65 |
5 | 62 | 5,17 | 3,79 |
6 | 70 | 5,12 | 3,80 |
7 | 77 | 5,15 | 3,91 |
8 | 83 | 5,10 | 4,01 |
9 | 90 | 5,13 | 3,78 |
10 | 97 | 5,19 | 3,55 |
Bloco de Ferro
Tempo (min.) | Temperatura (ºC) | Intensidade da Corrente- I (Amperes) | Diferença de Potencial- U (Volts) |
0 | 25 | 5,43 | 0,62 |
1 | 33 | 5,43 | 3,46 |
2 |44 | 5,38 | 3,68 |
3 | 54 | 5,41 | 3,86 |
4 | 63 | 5,42 | 4,65 |
5 | 71 | 5,41 | 3,70 |
6 | 78 | 5,39 | 3,30 |
7 | 85 | 5,41 | 3,34 |
8 | 91 | 5,43 | 3,08 |
9 | 99 | 5,42 | 3,32 |
10 | 105 | 5,47 | 3,47 |
Cálculos
Bloco de Cobre
Dados:
mbloco= 1021,80g = 1021,80 x 10-3
final= 97ºC = 370K
inicial = 26ºC = 299K
Δt= 10m = 600s
Ctabelado= 390 J kg-1 k -1
ΔT=370-299=71K...
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