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MAPA – FÍSICA GERAL E EXPERIMENTAL II – 52_2024
PROBLEMÁTICA:
Considere que você foi contratado por uma indústria farmacêutica que produz diversas substâncias líquidas. Sua primeira atribuição na empresa é determinar o calor específico de um líquido X.
Aquecer essa substância e medir sua variação de temperatura seria uma forma de medir esse calor específico, mas qual seria a quantidade de calor absorvida? É muito difícil dizer.
Para contornar esse problema, você poderia usar o princípio de que corpos isolados trocam calor até entrarem em equilíbrio térmico. Neste caso, supondo que não há mudança de fase envolvida, temos
Com isso, só fazemos menção as massas, calores específicos e temperaturas finais e iniciais dos corpos envolvidos. Contudo, isso trás outro problema. Precisaríamos saber o calor específico ou capacidade térmica C = m*c da outra substância com quem X está trocando calor.
Para contornar este problema, os cientistas escolheram uma substância para definir seu calor específico, a água, cujo valor é definido como ca = 1 cal/gºC. Dessa forma, poderíamos usar a água como referencia para medir o calor específico do líquido X.
Antes disso, precisamos contornar um problema prático: Quando colocamos um líquido dentro de um recipiente ele troca calor com este recipiente. Então, ao juntarmos o líquido X e água temos que levar em consideração o recipiente em que eles estão. Isso coloca mais uma variável no nosso problema: A capacidade térmica do recipiente.
Faremos, então, o seguinte: Usaremos a água como referência para determinar a capacidade térmica do recipiente. Depois, usaremos o recipiente e o líquido X para determinar o calor específico cX de X.
Parte 1:
a) Seja um calorímetro (recipiente do enunciado) de capacidade térmica desconhecida C a uma temperatura inicial de Tc. Suponha que aqueçamos uma massa ma de água até a temperatura Ta. Depositamos a água no calorímetro e medimos a temperatura final do sistema Tf1 após o equilíbrio térmico ser atingido. Mostre que a capacidade térmica do calorímetro é determinada por
b) Faremos agora o mesmo procedimento, mas trocando a água pelo líquido X. Mostre que o calor específico $c_X$ do líquido X é determinado por:
Parte 2:
Após entender bem a parte teórica sobre como determinar o calor específico de um líquido, você deve colocar esse conhecimento em prática. Realize o experimento virtual nos simuladores da ALGETEC chamado de Calorimetria (https://unicesumar.grupoa.education/marketplace/ua/5fc79b67f30b4e00189c91ce). Indique em uma tabela os valores medidos das temperaturas e das massas em cada etapa do experimento separadamente e anexe os resultados na atividade.
Parte 3:
Agora é hora de combinar os resultados obtidos experimentalmente junto aos cálculos teóricos. Use os dados obtidos na parte 2 para determinar a capacidade térmica do calorímetro e o calor específico da substância que você usou no experimento. Com os resultados em mãos, discuta quais são as principais fontes de erros experimental que podem interferir no resultado final.
