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"Calor" representa a energia térmica das moléculas em uma substância. A água congela a 0 graus Celsius. Mas a temperatura de um cubo de gelo pode cair bem abaixo disso. Quando um cubo de gelo é removido de um freezer, a temperatura dos cubos aumenta à medida que absorve o calor do ambiente. Mas quando o cubo de gelo atinge 0 ° C, ele começa a derreter e sua temperatura permanece igual a 0 durante todo o processo de fusão, mesmo que o cubo de gelo continue absorvendo calor. Isso ocorre porque a energia térmica absorvida pelo cubo de gelo é consumida pelas moléculas de água que se separam durante a fusão.
A quantidade de calor absorvido por um sólido durante sua fase de fusão é conhecida como calor latente de fusão e é medida por calorimetria.
Coleção de dados
Coloque uma xícara de isopor vazia em uma balança e registre a massa da xícara vazia em gramas. Em seguida, encha o copo com cerca de 100 mililitros de água destilada. Volte a colocar o copo cheio na balança e registe o peso do copo e a água juntos.
Coloque um termômetro na água no copo, aguarde cerca de 5 minutos para que o termômetro chegue ao equilíbrio térmico com a água e registre a temperatura da água como a temperatura inicial.
Coloque dois ou três cubos de gelo em uma toalha de papel para remover qualquer água líquida nas superfícies dos cubos e depois transfira rapidamente os cubos para o copo de isopor. Use o termômetro para agitar suavemente a mistura. Observe a leitura de temperatura no termômetro. Deve começar a cair quase imediatamente. Continue mexendo e registre a temperatura mais baixa indicada no termômetro antes que a temperatura comece a subir. Registre esse valor como a "temperatura final".
Remova o termômetro e retorne o copo de isopor novamente à balança e registre a massa do copo, a água e o gelo derretido juntos.
Cálculos
Determine a massa de água no copo, subtraindo a massa do copo vazio do peso do copo e da água juntos, conforme coletado na etapa 1. Por exemplo, se o copo vazio pesasse 3,1 gramas e o copo e a água juntos 106,5. gramas, então a massa da água era de 106,5 - 3,1 = 103,4 g.
Calcule a mudança de temperatura da água subtraindo a temperatura inicial da água da temperatura final da água. Assim, se a temperatura inicial era de 24,5 C e a temperatura final era de 19,2 C, então deltaT = 19,2 - 24,5 = -5,3 C.
Calcule o calor, q, removido da água de acordo com a equação q = mc (deltaT), onde m e deltaT representam a mudança de massa e temperatura da água, respectivamente, ec representa a capacidade térmica específica da água, ou 4,184 joules por grama por grau Celsius, ou 4,187 J / gC. Continuando o exemplo das etapas 1 e 2, q = ms (deltaT) = 103,4 g * 4,184 J / g-C * -5,3 C = -2293 J. Isso representa o calor removido da água, daí seu sinal negativo. Pelas leis da termodinâmica, isso significa que os cubos de gelo na água absorveram +2293 J de calor.
Determine a massa dos cubos de gelo subtraindo a massa do copo e a água da massa do copo, da água e dos cubos de gelo juntos. Se o copo, a água e o gelo juntos pesassem 110,4 g, a massa dos cubos de gelo era de 110,4 g - 103,4 g = 7,0 g.
Encontre o calor latente da fusão, Lf, de acordo com Lf = q ÷ m, dividindo o calor, q, absorvido pelo gelo, conforme determinado na etapa 3, pela massa de gelo, m, determinada na etapa 4. Nesse caso , Lf = q / m = 2293 J = 7,0 g = 328 J / g. Compare seu resultado experimental com o valor aceito de 333,5 J / g.