Projeto experimental: determine o calor específico c_m de uma amostra metálica de massa m_m = 0,150 kg…

Questão

Projeto experimental: determine o calor específico c_m de uma amostra metálica de massa m_m = 0,150 kg aquecida a T_i,m = 90,0 °C e imersa em água de massa m_w = 0,300 kg a T_i,w = 20,0 °C dentro de um calorímetro cuja massa equivalente é m_cal = 0,050 kg (capacidade igual à da água). A temperatura de equilíbrio medida é T_f = 25,0 °C. Use c_água = 4180 J/(kg·K). Descreva procedimento, equações, cálculos e principais fontes de erro.

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

Procedimento: medir massas com balança (±0,001 kg), registrar temperaturas com termômetro (±0,1 °C), aquecer a amostra até 90,0 °C, transferi-la rapidamente ao calorímetro com água à 20,0 °C e esperar equilíbrio (T_f=25,0 °C). Equação de balanço térmico (sem perdas): m_m c_m (T_i,m-T_f) = (m_w + m_cal) c_água (T_f-T_i,w). Isolando c_m: c_m = [(m_w + m_cal) c_água (T_f-T_i,w)] / [m_m (T_i,m-T_f)]. Substituindo: numerador = (0.300+0.050)·4180·(25.0-20.0)=0.350·4180·5=7315 J. Denominador = 0.150·(90.0-25.0)=0.150·65=9.75 kg·K. Logo c_m = 7315/9.75 ˜ 750 J/(kg·K). Incluir incertezas: propagar erros de massa e temperatura; minimizar perdas térmicas usando tampa e rápida transferência; repetir medidas para média e desvio padrão; considerar calor específico do calorímetro se diferente da água.

Explicação

O procedimento descrito utiliza o princípio de conservação de energia, onde o calor perdido pela amostra metálica é igual ao calor ganho pela água e pelo calorímetro. As equações aplicadas corretamente permitem calcular o calor específico da amostra, considerando as massas e temperaturas envolvidas. A inclusão de incertezas e medidas de controle melhora a precisão dos resultados, abordando possíveis fontes de erro no experimento.

Raio-X da questão

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