Termômetro a Gás a Volume constante

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE
CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA 
UNIDADE ACADÊMICA DE FÍSICA
AULAS DE FÍSICA EXPERIMENTAL I
Campina Grande, PB
PROFESSORES: ALEXANDRE JOSÉ DE ALMEIDA GAMA
 CLEIDE MARIA DINIZ PEREIRA DA SILVA 
 JOSSYL AMORIM RIBEIRO DE SOUSA (Coordenador)
 WILTON PEREIRA DA SILVA (Autor)
 
Primário: Grupo Escolar Dr. José Feliciano Ferreira (Escola pública)
Ginásio: Colégio Estadual Professor Pedro Gomes (Liceu de Campinas, escola pública)
 
Científico: Colégio Estadual Professor Pedro Gomes (primeiro e segundo ano) e Colégio Carlos Chagas (terceiro ano, escola privada, bolsista)
Graduação: Engenharia Elétrica, Universidade Federal de Goiás, 1977
Mestrado: Engenharia Elétrica (opção Engenharia Nuclear). Título: Teoria da Perturbação em Cálculos de Reatores - Aplicação em Reatores Térmicos, 1983, Universidade Federal da Paraíba. Orientador: João Silveira Cabral.
Doutorado: Engenharia de Processos. Título: Difusão de Calor e Massa em Sólidos com Forma Arbitrária Usando Coordenadas Generalizadas, 2007, Universidade Federal de Campina Grande. Orientador: Antonio Gilson Barbosa de Lima.
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 EXPERIMENTO
TERMODINÂMICA – TERMÔMETRO A GÁS A VOLUME CONSTANTE
TERMODINÂMICA – TERMÔMETRO A GÁS A VOLUME CONSTANTE
OBJETIVOS
Estudar o comportamento da pressão exercida pelo ar em função da sua temperatura, a volume constante. Através desse estudo, determinar a temperatura do zero absoluto em graus Célsius.
MATERIAL
Fogareiro, kitassato, becker, termômetro, manômetro de mercúrio, suportes, funil, mangueiras e válvula.
MONTAGEM ORIGINAL
1) A válvula no meio do tubo do lado direito do manômetro deve estar aberta, como aparece na figura. 
 Certifique-se de que o reservatório de mercúrio (funil) encontra-se na parte baixa da haste e, então, 
 zere o manômetro (os dois meniscos de mercúrio/ar devem ficar no mesmo nível da escala). 
PROCEDIMENTOS
3) Feche a válvula. Veja na figura! 
4) Com tudo pronto, ligue o fogareiro para aquecer o ar do kitassato através 
 do chamado “banho-maria”, tanto na culinária como no método científico. 
Coloque água no becker, e este sobre o fogareiro. Em seguida, 
 mergulhe o kitassato selado, contendo ar, na água do becker.
5) Com aquecimento, o menisco de mercúrio/ar do ramo direito do manômetro começa a descer 
 lentamente, e você deve subir o reservatório de mercúrio (funil), obrigando este menisco a voltar 
 para a sua posição original (seta azul, com indicador V), mantendo o volume de ar confinado com 
 valor constante. 
6) No próximo slide, você verá uma animação do experimento.
TERMODINÂMICA – TERMÔMETRO A GÁS A VOLUME CONSTANTE
7) Quando o termômetro do kitassato estiver marcando aproximadamente 32 
 0C, leia e anote a temperatura e a pressão manométrica h na Tabela I
 que será mostrada abaixo, neste slide. Observe que as duas leituras devem 
 ser simultâneas.
Copie esta tabela no seu caderno
PROCEDIMENTOS (Cont.)
8) Quando a temperatura variar uma quantidade de mais ou menos uns 5 0C, leia (simultaneamente) os valores da temperatura e da pressão manométrica 
h e anote na Tabela I. 
9) Atenção: seu professor mediu por você os valores de e h, mostrados a seguir, na Tabela I:
Tabela I
TERMODINÂMICA – TERMÔMETRO A GÁS A VOLUME CONSTANTE
RELATÓRIO
Veja, a seguir, um modelo para o seu relatório.
INTRODUÇÃO
Escreva o objetivo da experiência e relacione o material utilizado na sua realização. Esquematize a montagem utilizada.
PROCEDIMENTOS E ANÁLISES
Descreva detalhadamente os seus procedimentos experimentais, de tal forma que a experiência possa ser repetida em condições idênticas às que você realizou.
Escreva os dados coletados.
Para o ar confinado, é razoável usar a equação de estado dos gases ideais. Lembrando que o volume do ar é constante:
P V = nRT
P = T
P = a T
em que
sendo T a temperatura absoluta do ar. Como a temperatura foi medida em graus Célsius, tem-se a conversão: T = + b. 
TERMODINÂMICA – TERMÔMETRO A GÁS A VOLUME CONSTANTE
,
Assim, a equação de estado pode ser reescrita como:
TERMODINÂMICA – TERMÔMETRO A GÁS A VOLUME CONSTANTE
PROCEDIMENTOS E ANÁLISES (Cont.)
P = a + b)
ou:
P = + c
em que c = a b.
Lembre-se de que a pressão absoluta é P = + ∆h, em que = 71,5 cmHg (em Campina Grande), e que ∆h foi medido neste experimento. Assim, preencha a Tabela II para determinar os parâmetros a e c por ajuste de curvas. 
Copie esta tabela no seu caderno
Com os resultados do ajuste (use o LAB Fit), determine a temperatura do zero absoluto. Lembre-se de que 
nesta temperatura as moléculas do ar parariam e, portanto, a pressão absoluta P exercida pelo ar seria zero:
P = + c.
0
Logo: = - 
.
Temperatura do zero
absoluto em Célsius
CONCLUSÕES
Se em lugar de mercúrio, utilizássemos água no manômetro, qual deveria ser o comprimento aproximado do ramo esquerdo do tubo em U?
Se a válvula não estivesse bem fechada, isto é, se houvesse um vazamento, que efeito isto teria sobre o experimento?
Dê sugestões visando melhorar a compreensão e a qualidade desse experimento.
TERMODINÂMICA – TERMÔMETRO A GÁS A VOLUME CONSTANTE
Quais são as vantagens e desvantagens de um manômetro de água em comparação com um de mercúrio?
Neste experimento você fez a determinação do zero absoluto. Discuta o significado desta temperatura com 
relação à energia cinética de cada molécula do gás.
Enumere quais são os possíveis erros sistemáticos do experimento.