relatorio 3 para professor jose antonio

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Antônio Americano 
Karen de Abreu Silva 
Luca Moraes Gentil 
Nicole Torres 
 
 
PROPOSTA EXPERIMENTAL 
TRANSFORMAÇÃO DE UM GÁS A TEMPERATURA CONSTANTE 
FÍSICA EXPERIMENTAL III 
TURMA: DF ( GFI00163) 
DOCENTE: Jose Antonio 
 
 
Niterói - RJ 
2020 
 
 TRANSFORMAÇÃO DE UM GÁS A TEMPERATURA CONSTANTE 
 
SUMÁRIO 
1 - PROPOSTA 4 
2 - INTRODUÇÃO 4 
3 - METODOLOGIA E DESCRIÇÃO DO APARATO EXPERIMENTAL 5 
3.1 - OBJETIVO E MATERIAIS 5 
3.2 - DESCRIÇÃO DAS ATIVIDADES 5 
4 - ANÁLISE DE DADOS 5 
4.1 - OBTENDO A CONSTANTE DOS GASES IDEAIS 6 
4.2 - A CONSTANTE DOS GASES IDEAIS 7 
4.3 - VALORES DA PRESSÃO ALTERANDO Nº PARTÍCULAS DO GÁS 8 
4.4 - DETERMINAÇÃO DA DENSIDADE DO GÁS E COMPARAÇÕES 10 
4.5 - MISTURANDO AS PARTÍCULAS 10 
4.6 - CÂMERA DO GÁS EM 10% DO NÚMERO DE PARTÍCULAS 11 
5 - CONCLUSÃO 12 
REFERÊNCIAS 13 
 
 
 
1 - PROPOSTA 
O experimento tem como finalidade principal determinar a o valor da constante 
universal dos gases (R), sendo um experimento com gás ideal, e suas variáveis de 
estado: volume (V), pressão (p), temperatura (T) e número de mols (n). 
As quais não são independentes entre si, alterando qualquer um dos 
parâmetros, um ou mais parâmetros serão alterados como resposta, e assim cada 
variação corresponde a uma mudança de estado do sistema. 
Com isso, construindo uma tabela com diversos valores para ‘V’, ‘p’, ‘T’ e ‘n’, 
todos nas unidades respectivas no Sistema Internacional de Unidades, e os 
relacionando a pontos no sistema cartesiano ortogonal, sendo o eixo vertical (y) 
correspondente a multiplicação da pressão pelo volume, e o eixo horizontal (x) 
correspondente a multiplicação do número de mols pela temperatura. 
Teremos diversos pontos no plano bidimensional que por regressão linear é 
possível determinar uma reta, a qual seu coeficiente angular corresponde ao valor da 
constante universal dos gases, sendo o mesmo valor independente do gás utilizado. 
 
2 - INTRODUÇÃO 
 
As transformações gasosas dada pela lei dos gases ideais são aquelas um 
determinado número de mols de um gás ideal em um sistema fechado para podermos 
analisar as variações de um estado de um gás, sendo essas temperatura, volume e 
pressão. Ao se manter constante uma dessas variáveis, podemos observar o 
comportamento das outras. Isso foi muito bem observado por Clapeyron que viu que 
as propriedades de qualquer estado de equilíbrio de um gás podem estar relacionadas 
pela equação PV = nRT. 
 Foi a partir de contribuições formuladas nas leis de Boyle-Mariotte, lei de 
Charles, lei de Gay-Lussac, e lei de Avogadro que Clapeyron chegou a essa equação 
geral. Por consequência, essas pesquisas contribuíram muito no mundo, 
principalmente para a indústria no desenvolvimento de sprays aerossóis, 
condicionadores de ar, geladeiras, na operação de balões de ar quente, e pode ser 
até usada para explicar a formação de nuvens, mostrando assim sua importância. 
 
 
 
 
3 - METODOLOGIA E DESCRIÇÃO DO APARATO EXPERIMENTAL 
3.1 - OBJETIVO E MATERIAIS 
Objetivo: Investigar a dinâmica relacionado a transformação de um gás a 
temperatura constante. Investigar os tipos de equações e como se relacionam. 
E estudar as propriedades de um fluido ideal. 
Materiais: Simulador PhET Colorado: Propriedades dos gases, ferramentas 
contidas no simulador: Bomba de gás, fogareiro, alteração de volume, 
medidores de pressão e temperatura. Fórmulas utilizadas: equações de 
energia cinética dos gases e suas variantes. 
Valores adotados: 
 
 
3.2 - DESCRIÇÃO DAS ATIVIDADES 
Foi aberto o simulador, e em seguida dentro do programa utilizamos as ferramentas 
de bomba, para inserir gás, de volume, de calor entre outros controles que nos 
permitem controlar as variações que desejamos como volume (V), pressão (p), 
temperatura (T) e número de mols (n). E depois coletamos esses dados. 
4- ANÁLISE DE DADOS 
Enunciados fornecidos pela apostila. 
 
3.3 - OBTENDO A CONSTANTE DOS GASES IDEAIS 
Assim como já foi dito na proposta, será respondido o item a, irá se relacionar volume 
(V), pressão (p), temperatura (T) e número de mols (n) com suas variações pode-se 
obter um padrão de constante que seria a própria constante dos gases. Para isso irá 
se alterado qualquer um dos parâmetros, um ou mais parâmetros que forem alterados 
mudará o valor da resposta, e assim cada variação corresponde a uma mudança de 
estado do sistema. 
Com isso, construindo uma tabela com diversos valores para ‘V’, ‘p’, ‘T’ e ‘n’, 
todos nas unidades respectivas no Sistema Internacional de Unidades, e os 
relacionando a pontos no sistema cartesiano ortogonal, sendo o eixo vertical (y) 
correspondente a multiplicação da pressão pelo volume, e o eixo horizontal (x) 
correspondente a multiplicação do número de mols pela temperatura. 
Teremos diversos pontos no plano bidimensional que por regressão linear é 
possível determinar uma reta, a qual seu coeficiente angular corresponde ao valor da 
constante universal dos gases, sendo o mesmo valor independente do gás utilizado. 
 
3.4 - A CONSTANTE DOS GASES IDEAIS 
3.5 - VALORES DA PRESSÃO ALTERANDO Nº PARTÍCULAS DO GÁS 
Realizando os experimentos requeridos no item c, teremos inicialmente 1000, 
500 e 1 partículas do gás inserido na câmera em experimentos separados e será 
esperado um tempo de 5 segundos e será anotado a oscilação máxima e mínima e 
fazendo a média. Para se ter uma estabilidade das moléculas para se fazer a leitura 
do medidor da pressão da câmara como pode-se ver na figura 1, figura 2, figura 3 
foi utilizado o mesmo método em todas. 
 
Figura 1- Com valor de 1000 partículas do gás 
 
Fonte: Autores utilizando phet colorado simulation, 2021 
 
Figura 2 - Com valor de 500 partículas do gás 
 
Fonte: Autores utilizando phet colorado simulation, 2021 
 
 
Figura 3 - Com valor de 1 partícula do gás 
 
Fonte: Autores utilizando phet colorado simulation, 2021 
 
 
Utilizando a fórmula abaixo e suas variações para realizar os cálculos de de 
Pressão: 
 
 
 
Nº das Partículas Pressão Experimental em KPA Pressão Calculada KPA 
1000 ± 0,0 11830 ± 26 11831,98 ± 0,48 
 500 ± 0,0 5915 ± 21 5915,99 ± 0,69 
 1 ± 0,0 35 ± 35 11,83 ± 0,58 
 
Pelos valores encontrados pode-se observar que está dentro da margem de 
erro, menos o último, analisando-se evidencia que com número pequeno de 
moléculas como 1, o medidor experimental não é capaz de fornecer um dado 
considerável devido sua própria margem de erro de cálculo, oscilando valores que 
muitas das vezes pode ser até infinitas vezes maior que mínimo(nesse caso o valor 
mínimo encontrado foi zero no qual foi obtido como valor mínimo somente uma 
molécula). Logo quanto mais moleculares estiverem na câmera maior será a precisão 
do medidor experimental mais próximo será do valor calculado. 
 
3.6 - DETERMINAÇÃO DA DENSIDADE DO GÁS E COMPARAÇÕES 
A densidade do ar à 300K que é de 1,1839 Kmg³ , e ao calcularmos os valores 
com os dados abaixo notamos que as partículas pesadas possuem valores mais 
compatíveis com a densidade do ar, com uma média de 1,17 Kmg³ . 
 
 
 
Número de Partículas 
8 
5 
13 
6 
 
 
 
 
 
 
 
Número de Partículas 
8 
5 
13 
6 
 
Partículas Leves 
Densidade ( Kmg³ ) 
0,15 
0,19 
0,16 
0,16 
Densidade ( 
K
m
g
³ ) 
1,06 
1,33 
1,15 
1,14 
Massa (Kg) 
5,31E-26 
3,32E-26 
8,63E-26 
3,98E-26 
Volume (m³) 
3,50E-25 
1,75E-25 
5,25E-25 
2,45E-25 
Partículas Pesadas 
Massa (Kg) Volume (m³) 
3,72E-25 3,50E-25 
2,32E-25 1,75E-25 
6,04E-25 5,25E-25 
2,79E-25 2,45E-25 
3.7 - MISTURANDO AS PARTÍCULAS 
As partículas mais leves se movemmais rápido, pois como para uma 
mesma temperatura e número de partículas a energia cinética não varia (Ec = 
1,5.N.K.T), podemos olhar então para outra fórmula (Ec = N.0,5.m.v²) e notar 
que a massa e a velocidade são inversamente proporcionais, ou seja, se a 
massa aumenta, a velocidade diminui, se a velocidade é maior a massa é 
menor, mantendo assim a energia cinética constante. Vale ressaltar que N é o 
número de partículas e K é a constante dos gases dividido pela constante de 
avogrado. 
 
3.8 - CÂMERA DO GÁS EM 10% DO NÚMERO DE PARTÍCULAS 
Atendendo a solicitação experimental do item f, liberando 10% do gás, 
têm-se variando o nº de partículas de antes para depois. Tendo em vista a formula: 
 
Pode-se colocar em função de Pressão e Temperatura para poder ver como 
isso vai afetar cada um, depois irei comparar antes e depois. Colocando a fórmula em 
função da pressão: 
 
Ao olhar o antes e depois e mantendo T e V constante, percebe-se que o valor 
do número de partículas é diretamente proporcional à pressão, com isso quando 
diminui o número de partículas irá diminuir a pressão. Pode-se observar que isso 
ocorre devido a compensação da falta do número de partículas a menos colisões para 
manter a temperatura constante tem-se que diminuir a pressão para manter a mesma 
velocidade de antes, consequentemente, a temperatura será a mesma já que não 
houve o aumento do movimento das partículas. Colocando a fórmula em função da 
temperatura temos: 
 
 
Ao olhar o antes e depois e mantendo P e V constante, percebe-se que o valor 
do número de partículas é inversamente proporcional à Temperatura, com isso 
quando diminui o número de partículas irá aumentar a Temperatura. Pode-se observar 
que isso ocorre devido a compensação da falta de número de partículas para manter 
Pressão constante tem-se que aumentar a temperatura para aumentar a velocidade, 
consequentemente, o movimento das partículas para manter o número de colisões 
contra a parede. 
 
4 - CONCLUSÃO 
 Vimos que a partir da formulação geral de Clapeyron conseguimos estudar o 
comportamento de um gás ideal variando seu estado a partir de variáveis da própria 
equação, e assim estabelecer um experimento para calcular a constante dos gases 
ideais, cujo valor graficamente obtido é corroborado pelo que foi obtido no simulador. 
Pode-se também, estabelecer uma relação de pressão e energia cinética do gás, a 
qual é extremamente importante, pois se avaliou que a energia cinética somente muda 
em um sistema fechado se sua temperatura variar de alguma forma ou se for inserido 
ou retirado moléculas do gás. Além disso, foi visto que é possível estabelecer por 
tamanho de partícula, densidades de tipo de gases que são próximas ou igual a 
densidade do ar, o que implica a importância na avaliação de gases usados em 
cilindros como respiradores ou outros fins médicos e industriais que necessitam que 
sua densidade seja próxima à do ar. Pode-se, portanto, sob a luz da formulação geral 
de Clapeyron sobre os gases ideais e utilizando o princípio da conservação de 
energia, fazer afirmações importantes sobre os gases que tem grande importância em 
nosso dia-dia. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
REFERÊNCIAS 
 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Lei_dos_gases_ideais 
 
KNIGHT, Randall D.. Física : uma abordagem estratégica: termodinâmica, óptica. 2. 
ed. Porto Alegre: Bookman, 2009. v. 2, 491- 497 p.