Relatório N 4_ Gás Ideal

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UNIVERSIDAD FEDERAL DE LA INTEGRACIÓN LATINO
AMERICANA
Disciplina:
Laboratório de Física Térmica e Ondulatória
Relatório N° 4:
Gás Ideal
Docente:
Prof. Dr. Rodrigo Santos Da Lapa
Discentes:
José Lucia Morillo Morillo
Abel Bani Sosa Villalba
Aristides Gimenez Prieto
Foz do Iguaçu
2022
Sumário
Objetivo 1
Introdução Teórica 2
Material 3
Descrição das Atividades 4
Análise dos Resultados 5
Conclusão 6
Referências bibliográficas 7
Anexos 8
1. Objetivo
Estudar o comportamento termodinâmico de um gás ideal.
2. Introdução Teórica
O gás ideal é talvez o sistema mais estudado na termodinâmica básica. Isto
porque suas propriedades são importantes neste ramo da física. O modelo
simples torna o estudo dos gases muito atraente do ponto de vista teórico,
pois é possível determinar muitas das propriedades deste gás utilizando as
leis da termodinâmica.
Um gás ideal é na verdade a idealização de um gás real num limite de
temperatura elevada e baixa pressão. Os gases reais nesse limite tem um
comportamento muito próximo de um gás ideal, por isso o interesse em
estudar as propriedades termodinâmicas de um gás ideal. Nesse contexto,
vamos utilizar novamente laboratórios virtuais para observar na prática
algumas destas propriedades. Sabemos que um sistema em equilíbrio
termodinâmica tem seu estado caracterizado por três variáveis
termodinâmicas, a pressão (P), seu volume (V) e temperatura (T).
Conhecendo um par destas três variáveis, a terceira é sempre uma função
deste par. A relação geralmente é feita através de uma função do tipo
f(P, V, T) = 0 (1)
Uma equação deste tipo é chamada de equação de estado do gás. Para um
gás ideal, a equação de estado que relaciona estas variáveis é bem
conhecida
P V = nRT (2)
Na equação acima não representa o número de moles do gás. Então, 1 mol
de uma substância pura é equivalente em gramas à sua massa molecular.
Por exemplo, 1 mol de H2O equivale a 18 gramas dessa substância e que
possui aproximadamente 6, 02 × 1023 moléculas da mesma. Já R é
conhecido como constante universal dos gases, cujo valor é bem conhecido
na literatura
R = 8, 31 J/mol.K (3)
Da equação de estado (2) é possível estudar o comportamento de um gás
ideal em certas condições. Por exemplo, se acompanharmos a variação da
pressão do gás em função de seu volume, mantendo a temperatura
constante (T = const.), obtém-se a lei de Boyle.
P V = k = const. (4)
Ou ainda, se observarmos o comportamento do volume de um gás em função
da temperatura, mantendo a pressão constante (P = const.), obtém-se a lei
de Charles.
V = AT (5)
onde A é uma constante. Esta expressão nos mostra que, a pressão
constante, o volume de um gás ideal é diretamente proporcional à sua
temperatura.
3. Material
Link para a simulação para a realização dessa prática:
https://phet.colorado.edu/sims/html/gas-properties/latest/gas-properties_pt_B
R.html
4. Descrição das Atividades
Para realizar este experimento, que tem como objetivo estudar o comportamento
termodinâmico de um gás ideal, foram utilizados os laboratórios virtuais fornecidos
pelo professor.
A primeira etapa deste experimento foi a calibração dos parâmetros do experimento.
A determinação da área lateral da caixa foi o primeiro passo, para os que foi preciso
seguir os seguintes procedimentos
● Inserimos uma quantidade de partículas na caixa, o número tinha
que ser maior que 300
● Fixamos um valor a nossa escolha da temperatura
● Fixar uma largura para a caixa
● Fizemos uma leitura da pressão do gás
● calculamos o número de moles de gas asociado
● Calculamos o volumen de gas no recipiente
● calculamos na área lateral da caixa
Na segunda etapa do experimento , verificamos a lei de Boyle seguindo as
medidas a continuação
● Inserimos uma quantidade de partículas no recipiente, o número
tinha que ser maior que 300
● Fixamos um valor a nossa escolha da temperatura, com a
ferramenta de variação da temperatura do laboratório virtual
● Alteramos a largura da caixa para que o volume do recipiente varia
se
Analisamos todos os dados e anotamos todos os valores obtidos
https://phet.colorado.edu/sims/html/gas-properties/latest/gas-properties_pt_BR.html
https://phet.colorado.edu/sims/html/gas-properties/latest/gas-properties_pt_BR.html
5. Análise dos Resultados
Primeira etapa do experimento:
Valor da área lateral da caixa:
Segunda etapa do experimento:
Tabela 1. Valores da pressão (P) e volume (V) com T = 400 K
V (m^3 ) ± 10^−30 m^3 P(Pa) ± 1, 013 × 10^4 Pa
1,743 × 10^-25 14202000
2,091 × 10^-25 11829000
2,440 × 10^-25 10180000
2,788 × 10^-25 8883000
3,137 × 10^-25 7892000
3,485 × 10^-25 7102000
3,834 × 10^-25 6454000
4,182 × 10^-25 5878000
4,531 × 10^-25 5461000
4,879 × 10^-25 5069000
Tabela 2. Valores da pressão (P) e volume (V) com T = 450 K
V (m^3 ) ± 10^−30 m^3 P(Pa) ± 1, 013 × 10^4 Pa
1,743 × 10^-25 15970000
2,091 × 10^-25 13209000
2,440 × 10^-25 11431000
2,788 × 10^-25 9948000
3,137 × 10^-25 8908000
3,485 × 10^-25 8006000
3,834 × 10^-25 7272000
4,182 × 10^-25 6669000
4,531 × 10^-25 6141000
4,879 × 10^-25 5732000
Tabela 3. Valores da pressão (P) e volume (V) com T = 500 K
V (m^3 ) ± 10^−30 m^3 P(Pa) ± 1, 013 × 10^4 Pa
1,743 × 10^-25 17763000
2,091 × 10^-25 14676000
2,440 × 10^-25 12728000
2,788 × 10^-25 11097000
3,137 × 10^-25 9913000
3,485 × 10^-25 8851000
3,834 × 10^-25 8067000
4,182 × 10^-25 7357000
4,531 × 10^-25 6791000
4,879 × 10^-25 6343000
Gráfico 1. Pressão (P) VS Volume (V)
Tabela 4. Valores da pressão (P) e inverso do volume (V) com T = 400 K
V (m^3 ) ± 10^−30 m^3 P(Pa) ± 1, 013 × 10^4 Pa
5,737 × 10^-24 14202000
4,782 ×10^-24 11829000
4,098 ×10^-24 10180000
3,586 ×10^-24 8883000
3,187 ×10^-24 7892000
2,869 ×10^-24 7102000
2,608 ×10^-24 6454000
2,391 ×10^-24 5878000
2,207 ×10^-24 5461000
2,049 ×10^-24 5069000
Tabela 5. Valores da pressão (P) e inverso do volume (V) com T = 450 K
V (m^3 ) ± 10^−30 m^3 P(Pa) ± 1, 013 × 10^4 Pa
5,737 × 10^24 15970000
4,782 × 10^24 13209000
4,098 × 10^24 11431000
3,587 × 10^24 9948000
3,188 × 10^24 8908000
2,870× 10^24 8006000
2,608 × 10^24 7272000
2,391 × 10^24 6669000
2,207 × 10^24 6141000
2,050 × 10^24 5732000
Tabela 6. Valores da pressão (P) e inverso do volume (V) com T = 500 K
V (m^3 ) ± 10^−30 m^3 P(Pa) ± 1, 013 × 10^4 Pa
5,737 × 10^-24 17763000
4,782 ×10^-24 14676000
4,098 ×10^-24 12728000
3,586 ×10^-24 11097000
3,187 ×10^-24 9913000
2,869 ×10^-24 8851000
2,608 ×10^-24 8067000
2,391 ×10^-24 7357000
2,207 ×10^-24 6791000
2,049 ×10^-24 6343000
Gráfico 2. Pressão (P) vs Inverso do Volume (V) com T=400 k
Gráfico 3. Pressão (P) VS Inverso do Volume (V) com T=450 k
Gráfico 4. Pressão (P) VS Inverso do Volume (V) com T=500 k
Para cada tabela construída, faça um gráfico em papel milimetrado do
log(P) versus log(V ).
Tabela 7. Log pressão (P) vs Log volume (V) com T = 400 K
V (m^3 ) ± 10^−30 m^3 P(Pa) ± 1, 013 × 10^4 Pa
2,412 × 10^-26 7,152
3,203 × 10^24 7,072
3,,873 × 10^24 7,007
4,452 × 10^24 6,948
4,965 × 10^24 6,897
5,422 × 10^24 6,851
5,836 × 10^24 6,809
6,213 × 10^24 6,769
6,561 × 10^24 6,737
6,883 × 10^24 6,704
Tabela 8. Log pressão (P) vs Log volume (V) com T = 450 K
V (m^3 ) ± 10^−30 m^3 P(Pa) ± 1, 013 × 10^4 Pa
2,412 × 10^-26 7,203
3,203 × 10^24 7,121
3,,873 × 10^24 7,058
4,452 × 10^24 6,998
4,965 × 10^24 6,950
5,422 × 10^24 6,903
5,836 × 10^24 6,862
6,213 × 10^24 6,824
6,561 × 10^24 6,788
6,883 × 10^24 6,758
Tabela 9. Log pressão (P) vs Log volume (V) com T = 500 K
V (m^3 ) ± 10^−30 m^3 P(Pa) ± 1, 013 × 10^4 Pa
2,412 × 10^-26 7,250
3,203 × 10^24 7,167
3,,873 × 10^24 7,105
4,452 × 10^24 7,045
4,965 × 10^24 6,996
5,422 × 10^24 6,947
5,836 × 10^24 6,907
6,213 × 10^24 6,867
6,561 × 10^24 6,832
6,883 × 10^24 6,802
Gráfico 5. Log Pressão (P) VS Log Volume (V) com T=400 k
Gráfico 6. Log Pressão (P) VS Log Volume (V) com T=450 k
Gráfico 7. Log Pressão (P) VS Log Volume (V) com T=500 k
Utilize o método dos mínimos quadrados para estes gráficos e obtenha
o valor da constante R (comseu respectivo erro) universal dos gases
Compare os valores obtidos no item (5) com os obtidos no item (7). Em
qual dos métodos o valor de R se aproxima mais do valor da literatura?
6. Conclusão
Os valores encontrados não tem nada a ver com os que estão apresentados
na literatura. O item 5 foi o que mais se aproximou da literatura.
7. Referências bibliográficas
[1]
https://phet.colorado.edu/sims/html/gas-properties/latest/gas-properties_pt_B
R.html
https://phet.colorado.edu/sims/html/gas-properties/latest/gas-properties_pt_BR.html
https://phet.colorado.edu/sims/html/gas-properties/latest/gas-properties_pt_BR.html