Equivalente Elétrico do Calor

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ

SETOR DE CIÊNCIAS EXATAS

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

PROFª. REGINA MARIA QUEIROZ DE MELLO

FÍSICO-QUÍMICA EXPERIMENTAL I

EQUIVALENTE ELÉTRICO DO CALOR

17/03/2015 – BANCADA 3

                                                                Carolina Mendes

Letícia das Chagas Lima

Leonardo Figueiredo

Luiza Hupfer Werlang

Patricia Frizon Nobre

Introdução

Em 1850, James Prescott Joule, estabeleceu uma relação entre o trabalho mecânico realizado por um sistema e a quantidade de calor do mesmo. O resultado obtido por Joule foi de que 1 caloria é a quantidade de calor necessário para realizar um trabalho de 4,186 J. Esse parâmetro de relação entre as duas unidades também é considerado válido quando a realização do trabalho provém de fontes diferentes (ou seja, não mecânica), como por exemplo, uma fonte elétrica.

Quando percorrido por uma corrente elétrica, um resistor dissipa uma certa potência. Esse valor é obtido pela fórmula abaixo:

[pic 1]

onde ,  e  são, respectivamente, o valor da tensão sobre o componente [V], a corrente elétrica que percorre através do mesmo [A] e a sua resistência elétrica [Ω].[pic 2][pic 3][pic 4]

        Esse valor da potência dissipada pelo resistor é relacionado com a energia dissipada pelo mesmo através da fórmula:

                                                [pic 5]

Uma outra maneira de se analisar a fórmula acima é tratar  como o trabalho produzido por uma potência qualquer em um determinado intervalo de tempo. E é esse trabalho que será utilizado para determinar o equivalente elétrico do calor.[pic 6]

Ao colocar-se o resistor (já conectado ao circuito, ou seja, percorrido por uma corrente elétrica) em um reservatório com água, sabe-se que a energia transferida do componente elétrico para o líquido é dado, pelo ponto de vista da físico-química, pela seguinte fórmula:

[pic 7]

onde  é a massa do fluído,  o equivalente em água do calorímetro e  o calor específico da água. Dividindo a equação (2) pela equação (3), tem-se que:[pic 8][pic 9][pic 10]

[pic 11]

Objetivo

Determinar o equivalente elétrico do calor, por meio de um experimento elétrico.

Procedimentos Experimentais

Parte I

        O experimento foi dividido em duas partes. A primeira parte consiste em a determinação da constante calorimétrica do calorímetro. Em uma proveta colocou-se 100mL de água da torneira e com um termômetro foi anotada a temperatura inicial (T1). Colocou-se essa água dentro do calorímetro. Em um béquer, foi aquecida aproximadamente 200mL de água de torneira, com a ajuda de uma resistência, até a temperatura aproximada de 60oC. Novamente com uma proveta (que foi ambientada com a água quente) colocou-se 100mL dessa água aquecida e foi anotada a temperatura (T2). A água aquecida foi colocada no calorímetro e rapidamente ele foi tampado. Após 1 minuto, agitando algumas vezes, foi anotada a temperatura do calorímetro (T3), ou seja a temperatura final do sistema. Com isso foi determinada a constante calorimétrica do calorímetro.

Parte II

        A segunda parte consiste na determinação do equivalente elétrico do calor. Para isso a água da primeira parte foi descartada, então ambientou-se o calorímetro com água destilada e foi adicionado 200mL desta água nele. A temperatura foi medida, (T1). Foi montado então um circuito com uma fonte de tensão (constante em 10V) e um amperímetro. Foi anotado então, a temperatura em oC e a corrente em A, a cada 60 segundos, durante 600 segundos. Após isso foi montada uma tabela agrupando os dados obtidos.

Resultados e discussões

Para a determinação da constante de calorimetria do experimento, se considera que foram usados 100g de água (dado proveniente do volume utilizado: 100mL). Portanto:

mágua=100g

Sabe-se da literatura que o calor específico da água c = 1 cal.gˉ¹.°C ˉ¹.[1]

De acordo com a descrição acima, mediu-se as três temperaturas envolvidas na parte l do experimento.

T1=23,9 °C

T2=64,7 °C

T3=42,8 °C

Usando a equação:

Qf + Qq + Qcalorímetro = 0

m f.c.ΔT + mq.c.ΔT + C.ΔT = 0                                                                          

m f.c.(T3-T1) + mq.c.(T3-T2) + C.(T3-T1) = 0                                                               (5)

Onde Qf, Qq , Qcalorímetro, mf  e mq são, respectivamente, quantidade de calor da água fria, quantidade de calor da água quente, quantidade de calor no calorímetro, massa de água fria e massa de água quente.

Substituindo os valores anteriormente descritos na equação (5), encontramos o valor da constante de calorimetria do calorímetro:

100g.1cal/g.°C.(42,8°C-23,9°C)+100g. 1cal/g°C(42,8°C-64,7°C) + C(42,8°C-23,9°C)=0

C=15,9 cal/°C

Para a determinação do equivalente elétrico do calor (parte ll) foram utilizados os posteriores dados compilados na seguinte tabela:

Tabela 1: Dados obtidos do circuito elétrico da parte ll.

mágua = 200g

cágua = 1 cal/g°C

ΔT=(38,6°C – 28,4°C)=10,2°C

U = 10V

i =0,9743A

t = 600s

Utilizando e substituindo dos dados anteriores na equação a seguir foi encontrada uma relação de equivalência.

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