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O instrumento que serve para medir a quantidade de calor é o calorímetro. Este é constituído por um recipiente onde se coloca água; possui uma tampa que permite fechá-lo perfeitamente; esta isolado termicamente, o melhor possível, do ambiente exterior. Um termômetro, que fica sempre imerso, assinala a temperatura da água contida no calorímetro.
O esquema visto acima ilustra o funcionamento do aparelho. Representa uma seção do instrumento - um bequer revestido por um isolante térmico (cortiça ou isopor, neste caso o ar), cheio de água - na qual está imerso um termômetro que acusa, por exemplo a temperatura de 20ºC. Coloca-se fragmentos de um metal (por exemplo, ferro a 60ºC) dentro do calorímetro. A temperatura da água, inicialmente de 20ºC, sobe, porque o metal cede calor, até que as temperaturas da água e da esfera atinjam o mesmo valor t, de equilíbrio.
Este valor depende de diversos fatores, entre os quais a quantidade de água presente no calorímetro, a massa dos fragmentos, as respectivas temperaturas da água e do metal.
Equivalente em água
O ideal seria que o aparelho não trocasse calor, de modo algum com o ambiente. Na prática, porém, o isolamento do recipiente que contém a água apenas reduz a um mínimo a troca de calor. Quando se emerge um corpo quente na água do calorímetro, ele aquece tanto a água quanto o recipiente, a parte imersa do termômetro e a camada de material isolante térmico em contato com o recipiente. Nota-se, assim, que nem todo o calor é utilizado para aquecimento da água. Costuma-se imaginar, então, que tudo se passa como se houvesse um pouco mais de água do que a realmente contida dentro do calorímetro. É possível, desse modo, determinar uma quantidade de água ideal, equivalente àquela parte do calorímetro que é aquecida. Para medir essa quantidade de calor cedida ao calorímetro, e então determinar seu equivalente em água, o processo é simples: junta-se ao aparelho uma quantidade conhecida de calor, vertendo-se, por exemplo, uma determinada massa de água a certa temperatura. Dessa maneira, é fácil calcular de que quantidade deverá aumentar essa temperatura. O aumento real, entretanto, será menor, pois o calor dissipa-se nas paredes do recipiente, do termômetro, da camada de material isolante, etc.
Para conseguir boas medidas, é necessário homogenizar a temperatura da água do calorímetro, antes de ler o termômetro. Usa-se um agitador, uma pequena haste de vidro ou metal colocado dentro do calorímetro e cujo equivalente em água é avaliado juntamente com os do termômetro e do recipiente.
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