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Equivalente de calor e energia
Tipologia: Notas de estudo
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Turma: Automação e Controle/Produção/Amiental
Professor: Leandro Sodré
Alunos: Adriano Castro Jenival Epifânio Juscilene Batista
Camaçari, Outubro de 2008
Objetiva-se este experimento a determinação do equivalente entre a caloria e o Joule, i.e., a determinação do valor da constante A, definido por: 1cal = A Joule
INTRODUÇÃO
Equivalente do calor e da energia
A energia é uma grandeza que foi definida de maneira independente na mecânica e na calorimetria, onde são respectivamente denominadas energia mecânica e calor. Com a descoberta que estas duas definições independentes se referem a um mesmo ente físico, surge uma nova teoria, a termodinâmica, que trata das relações de troca de energia sob forma de calor e energia mecânica entre sistemas físico-quimicos. A termodinâmica requer, portanto, uma relação quantitativa entre as duas unidades de medida independentes para calor e energia mecânica. A primeira é a caloria, definida como a quantidade de calor necessária para elevar 1 grama de água de 14,5 °C para 15,5°C. A unidade de energia expressa em termos das unidades fundamentais de comprimento [L], massa [M] e tempo[T] baseada na análise dimensional: Energia = [ML^2 T 2 ] No sistema SI a unidade de energia é o Joule (J). A energia elétrica pode ser medida na mesma unidade da energia mecânica, pois ela pode ser definida em termos da força elétrica de Coulomb entre cargas.
Determinação da constante (a)
Vamos aquecer uma determinada massa de água com um aquecedor elétrico, medindo a energia elétrica fornecida pelo aquecedor (em J) e o aumento da temperatura. Temos: Wfornecida = P.t
Onde P é a potencia do aquecedor ( quantidade de energia fornecida por unidade de tempo, medida em Watt) e t o tempo (em segundos) em que o mesmo forneceu energia para a água. Por outro lado, o calor absorvido pela água pode ser expresso (e medido em calorias) por: Wabsorvido = m cágua Onde m=massa da água; cágua = 1cal/g°C; =T (^) f,água-T (^) i,água. Igualando a energia fornecida à absorvida, e usando a expressão, podemos determinar o valor de A pela relação
Gráfico da Temperatura em função do tempo
Utilizado os valores representados na tabela acima, foi construído o gráfico com auxilio do programa Microcal Origin, que mostra o comportamento da temperatura em função do tempo.
Através de uma função no programa origin, conseguimos analisar o gráfico e obter os resultados de uma maneira mais rápida e eficiente.
[17/11/2008 19:58 "/Graph1" (2454787)] Linear Regression for Data1_B: Y = A + B * X
A 27,6 0, B 0,11857 0,
Com os valores encontrados nos dados do programa, vamos determinar a constante A desenvolvendo a expressão abaixo.
Analisando a expressão acima, podemos determinar cada variável de acordo com a função do gráfico [Y= A+B(x)].
Assim temos que:
Onde:
Então:
Como desejamos determinar o valor para A, vamos isolá-lo na expressão.
Utilizando os valores de massa da água (m) e potência do aquecedor (P), ambos na Tabela de dados (1), vamos determinar o valor da constante A.
Assim temos que:
Conclusão:
Efeito Joule
Quando uma corrente elétrica passa por um condutor, o condutor se aquece. Esse se aquece quando funciona. E que os fogões elétricos, os fornos fenômeno é chamado efeito Joule. Assim, todo mundo sabe que uma lâmpada elétrica etc. utiliza a corrente elétrica para produção de calor. A quantidade de calor libertada pela passagem da corrente elétrica pode ser calculada pela aplicação do 1 o^ princípio da Termodinâmica, também chamado princípio da equivalência. Seu enunciado é: “quando há transformação da quantidade de energia W na quantidade de calor Q, ou vice-versa, o quociente de W por Q é constante, quaisquer que sejam W e Q ”. Significa que: (constante) Resulta: Q = W/J. O inverso de J se representa por A. Então:
J é chamado equivalente mecânico da unidade de quantidade de calor. No sistema MKS, W é avaliado em joules e Q em pequenas calorias. Resulta J = 4, joule/cal e A = 0,24 cal/joule. Assim concluímos que não é uma tarefa fácil transformar energia mecânica em calor. Podemos perceber isso diante das dificuldades de Joule apresentadas em seus experimentos.
