Compreender o funcionamento de um calorímetro e os fenômenos físicos envolvidos.

Uma aula de 50 minutos.

Calor, Temperatura, equação fundamental da calorimetria.

Motivação/introdução

         Um Calorímetro é um instrumento utilizado para medir a quantidade de calor, absorvida ou cedida por uma substância. No cotidiano, ouvimos falar muito no termo caloria, relacionado aos alimentos, nas embalagens estão contidos os valores em calorias dos alimentos, que servem de parâmetro para controlar a quantidade de alimento que ingerimos durante o dia. Para determinar a quantidade de calorias que um alimento pode produzir, os cientistas utilizam um calorímetro.

Na Sala de aula (20 min.)

         Podemos medir facilmente a temperatura de um corpo utilizando um termômetro, apenas colocando em contato com a substância, mas como medir a quantidade de calor absorvida ou cedida por uma substancia? Essa tarefa é realizada utilizando-se um calorímetro. Ele é constituído basicamente por um recipiente isolado termicamente, um termômetro e um agitador.

Imagem retirada da simulação "faça você mesmo o seu experimento"

Um bom calorímetro mantém o ambiente isolado termicamente, normalmente usa-se isopor para evitar trocas de calor entre a substância dentro do calorímetro e o ambiente. Para calcular a quantidade de calor de uma substancia com o calorímetro, utilizamos a equação fundamental de calorimetria:

Q = m.c.(Tf - Ti)

Na equação, Q é a quantidade de calor, “m” é a massa da substância “c” é o calor específico da substancia, Tf é a temperatura final e Ti a temperatura inicial.
Com o termômetro determinamos a temperatura inicial e a temperatura final, a massa através de um dinamômetro ou balança. Mas precisamos de outra variável, o calor específico da substancia. O calor específico de uma substancia também é chamado de capacidade térmica, ele define qual a quantidade de calor necessária, para elevar em 1 grau Celsius a temperatura de um grama de substancia. Abaixo temos uma tabela com calores específicos de várias substancias:

Imagem produzida pelo autor

Algumas substâncias são “aquecidas”, absorvem calor com mais facilidade que outras, percebemos isso, por exemplo, na praia, a areia absorve calor com mais facilidade que a água, seu calor específico é menor e precisa de uma quantidade de calor menor do que a água para elevar sua temperatura.

Atividade no laboratório de informática. (30 min.)

Para a compreensão e visualização desse fenômeno, vamos utilizar um objeto de aprendizagem que permite utilizar um laboratório virtual, chamado  "Faça você mesmo o seu experimento" que dispõe de um calorímetro e de algumas substancias. Objetivo é descobrir a temperatura de equilíbrio térmico entre as substancias. Na simulação podemos escolher metais diferentes para realizar a experiência, mas no cotidiano encontramos exemplos de equilíbrio térmico, como por exemplo, quando adicionamos leite ao café, o café supondo que o café está numa temperatura muito acima do leite, quando realizamos a mistura, a temperatura de equilíbrio será maior que a do leite, e menor que a do café, essa experiência pode ser realizada em casa, medindo com um termômetro. < img alt="" src="http://portaldoprofessor. mec.gov.br/img/ico_ani macao.gif" />Faça você mesmo o seu experimento

Imagem retirada da simulação "faça você mesmo o seu experimento"

Atividades

Atividade 1 - Para realizar a experiência, peça para os alunos escolherem três substâncias diferentes, e arrastarem para dentro do calorímetro. O calor específico da substancia é dado, os alunos devem escolher uma temperatura inicial e massa para cada material inserido o recipiente.

Imagem retirada da simulação "faça você mesmo o seu experimento"

Peça aos alunos que utilizem a equação fundamental da calorimetria para encontrar o valor da temperatura de equilíbrio térmico.

Imagem retirada da simulação "faça você mesmo o seu experimento"

Atividade 2 – Após o estudo sobre equilíbrio térmico e a resolução do problema com a simulação, peça para os alunos escreverem sobre o que entenderam conceito de equilíbrio térmico, o resultado desse trabalho pede ser disponibilizado em um blog feito pelos alunos.

Formulário de Avaliação

Nome	Tipo
Faça você mesmo o seu experimento	Animação/simulação

http://www.educador.brasilescola.com/estrategias-ensino/aula-pratica-construcao-um-calorimetro.htm

A avaliação será realizada pele processo de Rubrica, e será auto avaliativa para o aluno, preenchendo o formulário no final da aula, o critério utilizado é o conhecimento adquirido após explorar as simulações.