Aula prática – Calorimetria

Aula prática Calorimetria

Unidade 4 – introdução à termodinâmica

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Física geral e experimental energia

ROTEIRO DE AULA PRÁTICA

NOME DA DISCIPLINA: Física Geral e Experimental Energia

Unidade: U4_TEMPERATURA_E_CALOR
Aula: A3_CALORIMETRIA

OBJETIVOS
Definição dos objetivos da aula prática:
O objetivo da aula prática consiste descrever os fenômenos causados pelo aquecimento de um corpo, determinando o calor específico e capacidade térmica.

SOLUÇÃO DIGITAL: Algetec
Laboratório Virtual Algetec – simulador: “Calorimetria”.
O laboratório virtual é uma plataforma para simulação de procedimentos em laboratório e deve ser acessado preferencialmente por computador.

PROCEDIMENTOS PRÁTICOS E APLICAÇÕES
Procedimento/Atividade nº 1
Inserir o nome do experimento: CALORIMETRIA

Atividade proposta: Compreender os fenômenos decorrentes da troca de energia térmica entre os corpos, calculando a capacidade térmica de um calorímetro e, posteriormente, utilizar este dado para determinar o calor específico de diversas substâncias.

Procedimentos para a realização da atividade:
Em seu AVA, você irá encontrar o link do experimento CALORIMETRIA, que será desenvolvido na plataforma VirtuaLab da Algetec. A partir do acesso, seguem os procedimentos a serem realizados no laboratório virtual para o desenvolvimento da atividade.
Ao clicar no link do experimento, uma tela explicativa sobre o uso do mouse irá aparecer. Leia com atenção e feche-a.

Feito isso, a tela inicial do experimento irá aparecer.

O experimento é composto por duas partes. Na primeira etapa, temos por objetivo determinar a capacidade térmica de um calorímetro. Para isso, vamos iniciar o experimento considerando as questões de segurança.
Visualize o armário de EPIs clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome
“EPI” localizada dentro do painel de visualização no canto superior esquerdo da tela. Se preferir, também pode ser utilizado o atalho do teclado “Alt+4”.

Abra o armário de EPIs clicando com o botão esquerdo do mouse sobre as portas.

Selecione os EPIs necessários ao experimento clicando com o botão direito do mouse sobre o EPI desejado e selecionando a opção “Usar este item”. Nesse experimento, é obrigatório o uso de jaleco e óculos.

Feche o armário de EPIs clicando com o botão esquerdo do mouse sobre as portas.

Visualize a bancada clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome “Bancada” ou através do atalho do teclado “Alt+1”.

Com os EPI’s, vamos inicial o experimento tarando a balança. Assim, posicione o béquer na balança clicando com o botão direito do mouse sobre o béquer e selecione a opção “Colocar na balança”.

Visualize a balança clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome “Balança” ou através do atalho do teclado “Alt+5”.

Ligue a balança clicando com botão esquerdo do mouse sobre o botão “Power”.

Observe se a balança ligou.

Tare a balança para desprezar a massa do béquer clicando com o botão esquerdo do mouse sobre o botão “TARA”.

Observe que a balança foi zerada após a tara.

Retorne o béquer para a bancada clicando com o botão direito do mouse sobre o béquer e selecione a opção “Colocar na mesa”.

Visualize a bancada clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome “Bancada”
ou através do atalho do teclado “Alt+1”.

Agora, será necessário colocar água no béquer. Para isso, transfira 100 mL de água para o béquer clicando com o botão direito do mouse na pisseta com água indicada e selecione a opção “Despejar no béquer”.

Pressione a pisseta para inserir água no béquer clicando com o botão esquerdo do mouse sobre ela, e observe a quantidade de água adicionada pela escala que aparece ao canto da tela.

Retorne a pisseta para a bancada clicando com o botão direito do mouse sobre a pisseta e selecione a opção “Colocar na mesa”.

Feito isso, vamos medir a massa da água. Assim, coloque o béquer já com a água sobre a balança clicando com o botão direito do mouse sobre o béquer e selecione a opção “Colocar na balança”.

Visualize a balança clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome “Balança” ou através do atalho do teclado “Alt+5”.

Observe e anote o valor da massa exibido pela balança.

Retire o béquer da balança clicando com o botão direito do mouse no béquer e selecione a opção “Colocar na mesa”.

Visualize a bancada clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome “Bancada” ou através do atalho do teclado “Alt+2”.

Nesse momento, será necessário ajustar o aquecimento. Nessa etapa, posicione o béquer sobre o sistema de aquecimento clicando com o botão direito do mouse sobre o béquer e selecione a opção “Posicionar no sistema de aquecimento”.

Observe que o béquer se posicionou no sistema de aquecimento.

Visualize o bico de Bunsen clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome “Aquecimento” ou através do atalho do teclado “Alt+2”.

Ligue o sistema de aquecimento clicando com o botão direito do mouse sobre bico de Bunsen e selecione a opção “Ligar chama”.

Observe a chama do bico de Bunsen.

Ajuste a velocidade de aquecimento do fluído contido no béquer, clicando e arrastando, com o botão esquerdo do mouse, sobre a janela “Acelerar troca térmica”.

Visualize a bancada clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome “Bancada”” ou através do atalho do teclado “Alt+1”.

Agora, vamos medir a temperatura de aquecimento. Então, meça a temperatura de aquecimento clicando com o botão direito do mouse sobre o termômetro e selecione a opção “Medir béquer”.

Observe que a temperatura da água em aquecimento aparece no canto da tela.

Aguarde o aquecimento da água até aproximadamente 80 °C e, então, desligue o sistema de aquecimento clicando com o botão direito do mouse sobre o bico de Bunsen e selecione a opção “Desligar chama”.

Em seguida retire o béquer do sistema de aquecimento clicando com o botão direito do mouse sobre o béquer e selecione a opção “Colocar na mesa”. Só será possível remover o béquer do sistema de aquecimento se o Bico de Bunsen estiver desligado!

O próximo passo consiste em medir a temperatura inicial do calorímetro. Meça a temperatura inicial do calorímetro clicando com o botão direito do mouse sobre o termômetro e selecione a opção “Medir calorímetro”.

Observe e anote a temperatura inicial do calorímetro.

Transfira a água aquecida contida no béquer para o calorímetro clicando com o botão direito do
mouse sobre o béquer e selecione a opção “Despejar no calorímetro”.

Observe que a água é adicionada ao calorímetro.

Acelere a troca térmica entre o calorímetro e a água aquecida agitando o conteúdo do calorímetro clicando com o botão direito do mouse sobre o calorímetro e selecione a opção “Agitar conteúdo”.

Meça a temperatura no calorímetro clicando com o botão direito do mouse sobre o termômetro e selecione a opção “Medir calorímetro”.

Observe a temperatura do calorímetro e aguarde que ela estabilize e anote seu valor.

Tc = ___________ °C

Após os procedimentos descritos, chegou o momento de desmontar o experimento. Retire a água do calorímetro clicando com o botão direito do mouse sobre o calorímetro e selecione a opção “Descartar conteúdo”.

Desligue o termômetro clicando com o botão direito do mouse sobre o termômetro e selecione a opção “Desligar termômetro”.

Na segunda parte do experimento, iremos determinar o calor específico dos líquidos. Assim, o primeiro passo consiste em adicionar óleo no béquer. Transfira 100 mL de óleo para o béquer clicando com o botão direito do mouse na pisseta com óleo e selecione a opção “Despejar no béquer”.

Pressione a pisseta para inserir óleo no béquer clicando com o botão esquerdo do mouse sobre ela. Observe a quantidade de óleo adicionada pela escala que aparece ao canto da tela.
Retorne a pisseta para a bancada clicando com o botão direito do mouse sobre a pisseta e selecione a opção “Colocar na mesa”.

Acesse a câmera “Balança” e verifique se a balança está ajustada apresentando um valor negativo equivalente à massa do béquer. Em caso negativo, tare novamente a balança como demonstrado na PARTE I. Em caso afirmativo, coloque o béquer já com o óleo sobre a balança clicando com o botão direito do mouse sobre o béquer e selecione a opção “Colocar na balança”.
Visualize a balança clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome “Balança” ou através do atalho do teclado “Alt+5”.

Observe e anote o valor da massa.

Retire o béquer da balança, clicando com o botão direito do mouse no béquer e selecione a opção “Colocar na mesa”.

Visualize a bancada clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome “Bancada” ou através do atalho do teclado “Alt+2”.

Posicione o béquer sobre o sistema de aquecimento clicando com o botão direito do mouse sobre o béquer e selecione a opção “Posicionar no sistema de aquecimento”.

Observe que o béquer se posiciona no sistema de aquecimento.

Visualize o bico de Bunsen clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome “Aquecimento” ou através do atalho do teclado “Alt+2”.

Ligue o sistema de aquecimento clicando com o botão direito do mouse sobre bico de Bunsen e selecione a opção “Ligar chama”.

Observe a chama do bico de Bunsen.
Visualize a bancada clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome “Bancada”” ou através do atalho do teclado “Alt+1”.

Meça a temperatura de aquecimento clicando com o botão direito do mouse sobre o termômetro e selecione a opção “Medir béquer”.

Observe que a temperatura do óleo em aquecimento aparece no canto inferior esquerdo da tela.

Aguarde o aquecimento do óleo até aproximadamente 80 °C e então desligue o sistema de aquecimento clicando com o botão direito do mouse sobre o bico de Bunsen e selecione a opção “Desligar chama”. Lembre-se que você pode acelerar o aquecimento do óleo ajustando o aquecimento na janela “Acelerar troca térmica”.

Em seguida retire o béquer do sistema de aquecimento clicando com o botão direito do mouse sobre o béquer e selecione a opção “Colocar na mesa”. Só será possível remover o béquer do sistema de aquecimento se o Bico de Bunsen estiver desligado.

Meça a temperatura inicial do calorímetro clicando com o botão direito do mouse sobre o termômetro e selecione a opção “Medir calorímetro”.

Observe e anote a temperatura inicial do calorímetro.

Transfira o óleo aquecido contido no béquer para o calorímetro clicando com o botão direito do mouse sobre o béquer e selecione a opção “Despejar no calorímetro”.

Observe que o óleo é adicionado ao calorímetro.

Acelere a troca térmica entre o calorímetro e o óleo aquecido agitando o conteúdo do calorímetro clicando com o botão direito do mouse sobre o calorímetro e selecione a opção “Agitar conteúdo”.

Meça a temperatura no calorímetro clicando com o botão direito do mouse sobre o termômetro e selecione a opção “Medir calorímetro”.

Observe a temperatura do calorímetro e aguarde que ela estabilize e anote seu valor.
Tc = ___________ °C

Retire o óleo do calorímetro clicando com o botão direito do mouse sobre o calorímetro e selecione a opção “Descartar conteúdo”.
Desligue o termômetro clicando com o botão direito do mouse sobre o termômetro e selecione a opção “Desligar termômetro”.

Avaliando os resultados:
Com os dados obtidos e calculados, responda os questionamentos a seguir.
1. A capacidade térmica C do calorímetro pode ser determinada pelo princípio da conservação de energia 𝑸𝒄𝒆𝒅𝒊𝒅𝒐=𝑸𝒓𝒆𝒄𝒆𝒃𝒊𝒅𝒐. Nesse caso:
�
�𝒄𝒆𝒅𝒊𝒅𝒐=𝑸𝒓𝒆𝒄𝒆𝒃𝒊𝒅𝒐
�
�𝒄𝒆𝒅𝒊𝒅𝒐 𝒑𝒆𝒍𝒂 á𝒈𝒖𝒂 𝒒𝒖𝒆𝒏𝒕𝒆=𝑸𝒓𝒆𝒄𝒆𝒃𝒊𝒅𝒐 𝒑𝒆𝒍𝒐 𝒄𝒂𝒍𝒐𝒓í𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐
�
�𝟏𝒄(𝑻𝟏−𝑻𝒇)=𝑪(𝑻𝒇−𝑻𝑪)
�
�=𝒎𝟏𝒄(𝑻𝟏−𝑻𝒇)/(𝑻𝒇−𝑻𝑪)
Onde:
�
�=𝒄𝒂𝒑𝒂𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆 𝒕é𝒓𝒎𝒊𝒄𝒂
�
�𝟏=𝒎𝒂𝒔𝒔𝒂 𝒅𝒂 á𝒈𝒖𝒂
�
�=𝒄𝒂𝒍𝒐𝒓 𝒆𝒔𝒑𝒆𝒄í𝒇𝒊𝒄𝒐 𝒅𝒂 á𝒈𝒖𝒂 (𝟏𝒄𝒂𝒍/𝒈º𝑪)
�
�𝟏=𝒕𝒆𝒎𝒑𝒆𝒓𝒂𝒕𝒖𝒓𝒂 𝒅𝒂 á𝒈𝒖𝒂 𝒒𝒖𝒆𝒏𝒕𝒆
�
�𝒇=𝒕𝒆𝒎𝒑𝒆𝒓𝒂𝒕𝒖𝒓𝒂 𝒇𝒊𝒏𝒂𝒍 𝒅𝒆 𝒆𝒒𝒖𝒊𝒍í𝒃𝒓𝒊𝒐 𝒅𝒐 𝒔𝒊𝒔𝒕𝒆𝒎𝒂
�
�𝑪=𝒕𝒆𝒎𝒑𝒆𝒓𝒂𝒕𝒖𝒓𝒂 𝒏𝒐 𝒊𝒏𝒕𝒆𝒓𝒊𝒐𝒓 𝒅𝒐 𝒄𝒂𝒍𝒐𝒓í𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐
Assim, com os dados obtidos, calcule a capacidade térmica do calorímetro.

2. Na segunda parte do experimento, a capacidade térmica C do calorímetro pode ser determinada pelo princípio da conservação de energia:
�
�𝒄𝒆𝒅𝒊𝒅𝒐=𝑸𝒓𝒆𝒄𝒆𝒃𝒊𝒅𝒐
�
�𝒄𝒆𝒅𝒊𝒅𝒐 𝒑𝒆𝒍𝒐 ó𝒍𝒆𝒐 𝒒𝒖𝒆𝒏𝒕𝒆=𝑸𝒓𝒆𝒄𝒆𝒃𝒊𝒅𝒐 𝒑𝒆𝒍𝒐 𝒄𝒂𝒍𝒐𝒓í𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐
�
�𝟏𝒄(𝑻𝟏−𝑻𝒇)=𝑪(𝑻𝒇−𝑻𝑪)
�
�=𝑪(𝑻𝒇−𝑻𝑪)/𝒎𝟏(𝑻𝟏−𝑻𝒇)
Onde:
�
�=𝒄𝒂𝒑𝒂𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆 𝒕é𝒓𝒎𝒊𝒄𝒂
�
�𝟏=𝒎𝒂𝒔𝒔𝒂 𝒅𝒐 ó𝒍𝒆𝒐
�
�=𝒄𝒂𝒍𝒐𝒓 𝒆𝒔𝒑𝒆𝒄í𝒇𝒊𝒄𝒐 𝒐 ó𝒍𝒆𝒐
�
�𝟏=𝒕𝒆𝒎𝒑𝒆𝒓𝒂𝒕𝒖𝒓𝒂 𝒅𝒐 ó𝒍𝒆𝒐 𝒒𝒖𝒆𝒏𝒕𝒆
�
�𝒇=𝒕𝒆𝒎𝒑𝒆𝒓𝒂𝒕𝒖𝒓𝒂 𝒇𝒊𝒏𝒂𝒍 𝒅𝒆 𝒆𝒒𝒖𝒊𝒍í𝒃𝒓𝒊𝒐 𝒅𝒐 𝒔𝒊𝒔𝒕𝒆𝒎𝒂
�
�𝑪=𝒕𝒆𝒎𝒑𝒆𝒓𝒂𝒕𝒖𝒓𝒂 𝒏𝒐 𝒊𝒏𝒕𝒆𝒓𝒊𝒐𝒓 𝒅𝒐 𝒄𝒂𝒍𝒐𝒓í𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐
Com os dados obtidos, calcule o calor específico do óleo. Compare o valor obtido com valores de calor específico de óleos vegetais encontrados na internet. Justifique eventuais diferenças.

Checklist:
✓ Acessar seu AVA;
✓ Clicar no link do experimento CALORIMETRIA;

Primeira etapa:
✓ Segurança do experimento;
✓ Tarar a balança;
✓ Adicionando água no béquer;
✓ Medir a massa da água;
✓ Ajustar o aquecimento;
✓ Medir a temperatura de aquecimento;
✓ Medir a temperatura inicial do calorímetro;
✓ Adicionar água aquecida no calorímetro;
✓ Medir a temperatura do calorímetro;
✓ Desmontar o experimento.

Segunda etapa:
✓ Adicionar óleo no béquer;
✓ Medir a massa de óleo;
✓ Ajustar o aquecimento;
✓ Medir a temperatura de aquecimento;
✓ Medir a temperatura inicial do calorímetro;
✓ Adicionar óleo aquecido no calorímetro;
✓ Medir a temperatura do calorímetro;
✓ Desmontar o experimento;
✓ Avaliar os Resultados das duas etapas.

RESULTADOS
Resultados do experimento:
Ao final dessa aula prática, você deverá enviar um arquivo em word contendo as informações obtidas no experimento, os cálculos realizados, em conjunto com um texto conclusivo a respeito das informações obtidas. O arquivo não pode exceder o tamanho de 2Mb. Acrescente as referências bibliográficas, quando houver, segundo as normas da ABNT.

Resultados de Aprendizagem:
Como resultados dessa prática será possível descrever os fenômenos causados pelo aquecimento de um corpo de prova ou substância; ilustrar como ocorre o equilíbrio térmico entre substâncias sólidas e líquidas; determinar a capacidade térmica de um calorímetro; determinar o calor específico de uma substância

Aula prática Calorimetria.