ROTEIRO DE AULA PRÁTICA

FÍSICA GERAL E EXPERIMENTAL ENERGIA

Roteiro

Aula Prática

Público 2

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 em descrever os fenômenos causados pelo aquecimento de um corpo, determinando o calor específico e a 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.

Parte 1 do Experimento

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.

Visualizando a bancada

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 iniciar 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”.

Medindo a Massa

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 o 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”.

Colocando Água no Béquer

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.

Medindo a Massa da Água

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. 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.

Ajustando o Aquecimento

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”.
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 o bico de Bunsen e selecione a opção “Ligar chama”. Observe a chama do bico de Bunsen.

Medindo a Temperatura

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”.

Medindo a Temperatura do Calorímetro

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.

Segunda etapa:

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.

Medir a massa de óleo

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”.
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”.

Ajustar o aquecimento

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.

Medir a temperatura 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.

Medir a temperatura de aquecimento

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.

Aguardar o aquecimento

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.

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 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.

Agitar o conteúdo e medir a temperatura do 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.

Avaliação dos resultados

Cálculo da capacidade térmica do calorímetro (Primeira Parte)

Com os dados obtidos, calcule a capacidade térmica do calorímetro utilizando a equação:

$C=m1c(T1−Tf)Tf−TC\mathbf{C = \frac{m_1 c (T_1 – T_f)}{T_f – T_C}}$

Onde:

$C$ = capacidade térmica
$m_1$ = massa da água
$c$ = calor específico da água ( $\, \text{cal/g°C}$ )
$T_1$ = temperatura da água quente
$T_f$ = temperatura final de equilíbrio do sistema
$T_C$ = temperatura interna do calorímetro

Cálculo do calor específico do óleo (Segunda Parte)

Com os dados obtidos, calcule o calor específico do óleo utilizando a equação:

$c=C(Tf−TC)m1(T1−Tf)\mathbf{c = \frac{C (T_f – T_C)}{m_1 (T_1 – T_f)}}$

Onde:

$C$ = capacidade térmica do calorímetro
$m_1$ = massa do óleo
$T_1$ = temperatura do óleo quente
$T_f$ = temperatura final de equilíbrio do sistema
$T_C$ = temperatura no interior do calorímetro

Com o valor obtido, compare o valor do calor específico do óleo com valores de calor específico de óleos vegetais encontrados na internet. Justifique eventuais diferenças.

Checklist final:

Acessar seu AVA
Clicar no link do experimento CALORIMETRIA

Primeira etapa:

Segurança do experimento
Tarar a balança
Adicionar 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

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