TERMODINÂMICA TERMÔMETRO A GÁS A VOLUME CONSTANTE

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Universidade Federal de Campina Grande 
Centro de Engenharia Elétrica e Informática - CEEI 
Aluno: Jefferson Xavier Conrado Matrícula: 120211049 
Disciplina: Física Experimental l Professor: Wilton Pereira Da Silva 
 
 
 
 
 
 
TERMODINÂMICA – TERMÔMETRO A GÁS A VOLUME 
CONSTANTE 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
17 de Março, 2022 
 Introdução 
O que é o termômetro de gás a volume constante? 
Em um termômetro de gás a volume constante, uma amostra de gás enche um bulbo 
e uma mangueira ligada a um manômetro de tubo aberto com mercúrio. O bulbo é 
posicionado em contato térmico com o sistema do qual queremos determinar a 
temperatura. Um tubo dobrável permite erguer ou abaixar um reservatório com 
mercúrio, fazendo com que a superfície do mercúrio no ramo esquerdo do manômetro 
coincida sempre com o zero da escala. Assim, podemos manter constante o volume da 
amostra de gás, apesar do aumento ou diminuição da sua temperatura. 
 
Neste termômetro, a propriedade termométrica é a pressão da amostra de gás no bulbo. 
Podemos determinar essa pressão pela lei de Stevin: 
 
P = PA + ρgh 
em que PA é a pressão atmosférica, ρ é a densidade do mercúrio, g é o módulo da 
aceleração da gravidade e h é o desnível do mercúrio que medimos na escala do 
manômetro. 
Se o gás no bulbo se comporta como gás ideal, podemos relacionar sua pressão com sua 
temperatura pela equação de Clapeyron: 
PV = nRT(P) 
Nesta expressão, escrevemos T(P) porque a temperatura do gás no bulbo depende da 
pressão. Por outro lado, o ponto triplo da água é um estado bem definido, em que suas 
três fases, líquida, sólida e de vapor, coexistem em equilíbrio a uma temperatura de 
0,01 oC ou 273,16 K. 
A escala associada ao termômetro que estamos discutindo tem um único ponto fixo, 
definido em função do ponto triplo da água pela relação: 
 Tt ≡ 273,16 K 
Se o gás no bulbo tem a temperatura do ponto triplo da água, podemos escrever, pela 
equação de Clapeyron: 
https://www.ufsm.br/cursos/graduacao/santa-maria/fisica/2020/02/21/leis-dos-fluidos-ideais/
PtV = nR(273,16 K) 
Desta forma, comparando as duas expressões provenientes da equação de Clapeyron, 
obtemos: 
T(P) = (273,16 K)[P/Pt] 
e tomamos a temperatura T(P) assim definida como sendo a temperatura da amostra de 
gás no bulbo e também a temperatura do sistema. 
Na prática, medimos Pt (colocando o bulbo de gás em contato térmico com água 
no ponto triplo) e P (colocando o bulbo de gás em contato térmico com o sistema cuja 
temperatura desejamos determinar) para amostras de gás cada vez mais rarefeitas e 
tomamos a temperatura da amostra de gás no bulbo e do sistema como sendo o 
resultado desse processo de limite. Como os gases reais se comportam como gases 
ideais no limite de baixas pressões, esta escala é chamada escala termométrica de gás 
ideal. 
Esta escala de temperatura é independente de qualquer propriedade de qualquer gás 
em particular, mas depende das propriedades dos gases ideais. A escala termométrica 
Kelvin é independente de qualquer propriedade de qualquer substância e, por isso, é 
uma escala absoluta. De qualquer modo, a escala Kelvin e a escala de gás ideal são 
idênticas no intervalo de temperatura em que o termômetro de gás a volume constante 
pode ser usado. 
 
 Objetivos 
O objetivo deste experimento e estudar o comportamento da pressão exercida por 
um gás (ar) em função da sua temperatura, a volume constante, e através deste estudo, 
determinar a temperatura do zero absoluto e o coeficiente de pressão β do gás em uma 
temperatura 
 
 Material Utilizado 
Fogareiro, Kitassato, 
Becker, Termômetro, 
Manômetro de mercúrio, Suportes, 
Funil, Mangueiras e Válvula. 
 
 
 
https://www.ufsm.br/cursos/graduacao/santa-maria/fisica/2020/02/21/o-que-e-um-gas-ideal/
https://www.ufsm.br/cursos/graduacao/santa-maria/fisica/2020/02/21/o-que-e-um-gas-ideal/
 Montagem Do Esquema 
 
 
 
 Procedimentos e Analises 
 
1- Para dar procedimento ao experimento, inicialmente é fundamental que a válvula do 
centro do tubo, do lado direito do manômetro, encontre-se aberta, e que o reservatório 
de mercúrio esteja na parte de baixo da haste. Dessa maneira, a etapa inicial será zerar o 
manômetro, ou seja, os dois meniscos de mercúrio/ar têm de ficarem no mesmo nível da 
escala. 
2- O passo seguinte consiste em colocar água no béquer, e posicioná-lo sobre o 
fogareiro. 
 
3- Na sequência, o kitassato vedado, comportando o ar, é introduzido no béquer. depois 
disso, a válvula é fechada e o fogareiro é ligado para esquentar o ar do kitassato, por 
meio da técnica de “banho-maria”. Consequentemente, observa-se que, com o 
aquecimento, o menisco de mercúrio/ar do ramo direito do manômetro começa a baixar 
seu nível lentamente. Desse modo, para este menisco voltar a sua posição inicial, é 
necessário subir o reservatório de mercúrio para manter o volume de ar confinado com 
valor constante. 
 
4- Durante o desenrolar do experimento, quando o termômetro do kitassato estiver 
marcando 32oC aproximadamente, têm de se realizar a leitura de forma paralela da 
temperatura Tc e da pressão manométrica Δh do ar. O sistema do processo é repetido 5 
vezes, a partir da alternância da temperatura em mais ou menos 5oC. 
 
 
Importante: 
Considere -273,15 como o valor verdadeiro para a temperatura do zero absoluto para 
calcular o seu erro percentual. 
 
 
Os seguintes dados foram coletados: 
 
 1 2 3 4 5 6 
Δh(cmHg) 1,9 3,5 5,1 5,9 6,5 8,2 
Tc (oC) 32,0 37,0 43,0 46,0 49,0 57,0 
Tabela 1. 
 
 
 
Utilizando a ferramenta (LAB Fit), tem-se a possibilidade de realizar a análise gráfica 
da pressão versus a temperatura absoluta do ar, e estabelecer os parâmetros a e c. 
Para esse fim, é necessário saber a equação de estado dos gases ideais, que pode ser 
reescrita como P = aTc + c, e preencher a Tabela de N° 2, sabendo que a pressão 
absoluta é P = Po + Δh, com Po = 71,5 cmHg. 
 
 
 
Obtemos os seguintes resultados: 
 
 1 2 3 4 5 6 
Tc (oC) 32,0 37,0 43,0 46,0 49,0 57,0 
P (cmHg) 73,4 75,0 76,6 77,4 78,0 79,7 
Tabela 2: pressão x temperatura. 
 
 
 Gráfico 
 
 
 
Parâmetros: 
 
 
 
Teoria dos erros: 
A= (0,2513 ± 0,018) 
B= (65,63 ± 0,5271) 
 
Dessa forma, podemos determinar a temperatura do zero absoluto em Celsius, 
através da fórmula : 
 
Tc = - c \ a 
Tc = -65,63 \ 0,2513 
Tc = - 261,2 oC 
 
 
 
Erro percentual cometido na determinação dos valores de A e B: 
 
Є =
−261−(−273,15)
−273,15
, 𝑙𝑜𝑔𝑜: є = −4,4% 
 
 
 
 
 Conclusão 
 
 
Desse modo, é valido concluir que se manipulássemos água no manômetro, ao invés 
de mercúrio, o ramo esquerdo do tubo deverá ser 13,6 vezes maior, considerando 
que a densidade do mercúrio é 13,6 g/cm3, e a da água é 1 g/cm3. 
Outrossim, o benefício na utilização de um manômetro de água é que se teria uma 
precisão superior na determinação da pressão manométrica, uma vez que o 
deslocamento de água seria maior, entretanto, como desvantagem, precisaria trabalhar 
com um tubo em U bem maior, o que seria bem mais complexo. 
Em caso de vazadura do ar, por causa do fechamento imperfeito da válvula, iria 
acarretar em um erro nos valores de medição da temperatura e da pressão manométrica. 
Na temperatura do zero absoluto, as moléculas de qualquer gás encontram-se em 
completo repouso, ou seja, como não há movimento algum, a energia cinética da 
molécula é zero.