Experimento II - Condutividade Térmica

Prévia do material em texto

Física Experimental I (5910174) para o Curso de Física Médica 
Departamento de Física-FFCLRP-USP 
 
 
Experimento II –Condutividade Térmica 
 
Objetivo: Determinação da condutividade térmica de metais. 
 
Teoria: O aparelho a ser utilizado nesta experiência consta essencialmente de 
uma fonte 
F
 à temperatura constante, um cilindro 
M
, bom condutor de 
calor, e outra fonte 
F
que estará à temperatura variável. 
 
A condução do calor somente tem lugar quando as distintas partes de 
um corpo encontram-se a temperaturas diferentes, e a direção do fluxo 
calorífico será sempre dos pontos de maior para os de menor temperatura. 
Considera-se que na figura acima o cilindro 
M
 tem uma secção 
transversal A e comprimento L. Se a face esquerda do cilindro se mantém a 
uma temperatura 
o
T
, enquanto que a face direita encontra-se a uma 
temperatura menor T, então o calor passa através do cilindro da esquerda para 
a direita. Pode-se comprovar que a temperatura nos pontos interiores do 
cilindro diminui uniformemente com a distância, desde a face quente até a fria. 
Experimentalmente verificar-se-á que a quantidade de calor 
ΔQ
que 
atravessa o cilindro no intervalo de tempo 
tΔ
, no estado estacionário, é 
proporcional à secção transversal A, à diferença de temperatura 
ΔT
 entre as 
faces e inversamente proporcional ao comprimento L do cilindro, segundo a 
expressão: 
 ΔT
L
A
K 
Δt
ΔQ
 
 
onde K, é uma constante cujo valor numérico depende do material constituinte 
do cilindro. Esta constante é denominada de "coeficiente de condutividade 
térmica" do material. 
 Da equação observa-se que quanto maior for o K, tanto maior será a 
quantidade de calor que passa pelo cilindro por unidade de tempo (se as 
demais variáveis ficarem constantes). Materiais com K grande e pequeno 
indicam respectivamente bons e maus condutores de calor. 
 
Procedimentos Experimentais: 
 
a) Colocar aproximadamente 250 ml de água na fonte 
F
. 
 
b) Em 
F
colocar aproximadamente 200 ml de água e o termômetro de tal 
maneira que seu extremo fique em contato direto com a face do cilindro. 
 
c) Fazer com que a temperatura no interior de 
F
 se mantenha constante. 
 
d) Medir a temperatura inicial da face do cilindro em 
F
 e iniciar a contagem do 
tempo. 
 
e) Medir continuamente o tempo que o cilindro demora para aumentar de 1C a 
sua temperatura até atingir aproximadamente 50C. 
 
f) Repetir, mais uma vez, todas as medidas de tempo e temperatura. 
 
g) Trocar o material do cilindro condutor e repetir (a), (b), (c), (d), (e) e (f). 
 
h) Fazer as medidas do raio e comprimento dos cilindros. 
 
i) Obter K, de condutividade térmica, para os dois materiais dos cilindros para 
cada grau de aumento de temperatura. 
 
j) Calcular K médio do cilindro para cada ponto de temperatura. 
 
k) Comparar os valores obtidos com os tabelados. 
 
Bibliografia: 
R. Resnick and D. Halliday, Física, capítulo 22, ao livro técnico, 1970. 
F.W. Sears, Fundamentos da Física, capítulo 20, ao livro técnico, 1970. 
 
Latão 
 
TF = 
 
 TF’(ºC) T = TF-TF’ t (s) t (s) K 
 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 
9 
10 
11 
12 
13 
 
Latão 
TF = 
 
 TF’(ºC) T = TF-TF’ t (s) t (s) K 
 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 
9 
10 
11 
12 
13 
 
Cobre 
 
TF = 
 
 TF’(ºC) T = TF-TF’ t (s) t (s) K 
 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 
9 
10 
11 
12 
13