“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 do cubo aumenta à medida que absorve o calor do ambiente. Mas uma vez que o cubo de gelo atinge 0 C, ele começa a derreter e sua temperatura permanece em 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 por moléculas de água que se separam durante a fusão.
A quantidade de calor absorvida por um sólido durante a fase de fusão é conhecida como calor latente de fusão e é medido por calorimetria.
Coleta de Dados
Coloque um copo de isopor vazio em uma balança e registre a massa do copo vazio em gramas. Em seguida, encha o copo com cerca de 100 mililitros, ou cerca de 3,5 onças, de água destilada. Devolva o copo cheio à balança e registre o peso do copo e da água juntos.
Coloque um termômetro na água do copo, espere cerca de 5 minutos para o termômetro atingir o equilíbrio térmico com a água, em seguida, 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 na superfície dos cubos e transfira rapidamente os cubos para o copo de isopor. Use o termômetro para mexer delicadamente a mistura. Observe a leitura da 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 no passo 1. Por exemplo, se o copo vazio pesava 3,1 gramas e copo e água juntos pesavam 106,5 gramas, então a massa da água era 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 24,5 C e a temperatura final era 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 variação de massa e temperatura da água, respectivamente, e c representa a capacidade específica de calor da água, ou 4.184 joules por grama por grau Celsius, ou 4.187 J /gC. Continuando o exemplo dos passos 1 e 2, q = ms (deltaT) = 103,4 g * 4,184 J /g-C * -5,3 C = -2293 J. Isto representa o calor removido da água, daí o seu sinal negativo. Pelas leis da termodinâmica, isso significa que os cubos de gelo na água absorveram +2.293 J de calor.
Determine a massa dos cubos de gelo subtraindo a massa do copo e a água da massa do copo. , cubos de água e gelo juntos. Se o copo, a água e o gelo juntos pesavam 110,4 g, então a massa dos cubos de gelo era 110,4 g - 103,4 g = 7,0 g.
Encontre o calor latente de fusão, Lf, de acordo com Lf = q ÷ m dividindo o calor, q, absorvido pelo gelo, como determinado no passo 3, pela massa de gelo, m, determinada no passo 4. Neste 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.
TL; DR (muito longo; não leu)
Se você precisar do calor latente de fusão em unidades que não sejam joules por grama, como calorias por grama, use uma ferramenta de conversão de unidades online, como a fornecida na seção Recursos.
