Física 2 - Relatorio lei de resfriamento de newton

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO MATO GROSSO DO SUL 
 
 
 
 
 
 
 
 
LETICIA INFRAN 
NAIARA DOMINGOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO LEI DE RESFRIAMENTO DE NEWTON 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAMPO GRANDE- MS 
2020 
2 
SUMÁRIO 
1. Introdução ...................................................................................... 3 
2. Objetivo .......................................................................................... 5 
3. Material .......................................................................................... 5 
4. Procedimentos ..................................................................................... 5 
5. Resultado 1 ................................................................................... 5 
6. Resultado 2 ................................................................................... 6 
7. Conclusão ...................................................................................... 8 
8. Referências Bibliográficas ............................................................. 9 
3 
1. Introdução 
Nesse experimento vamos estudar o resfriamento de corpos quentes. Quando se coloca 
café em uma xícara, o café começa a esfriar. O Processo de resfriamento é rápido no início, 
posteriormente fica uniforme. Após um longo período, a temperatura do café alcança a 
temperatura ambiente. Estas variações de temperatura para esfriamentos de objetos foram 
reunidas por Newton. 
Nos estudos da termodinâmica é definido que a temperatura nada mais é do que a 
medida do nível de agitação térmica das partículas ou a medida do nível de energia térmica por 
partícula de um corpo ou sistema físico. E que o equilíbrio térmico entre dois corpos se 
estabelece quando ambos apresentam a mesma temperatura, isto é, apresentam o mesmo nível 
de agitação térmica. 
A lei zero da termodinâmica surgiu muito tempo depois da primeira e segunda lei da 
termodinâmica. Isso ocorreu porque os físicos perceberam que o calor é uma forma de energia 
que pode ser transformada em outra. Essa lei permite a definição de uma escala de temperatura 
expressa em medidas como o Celsius, o Fahrenheit, o Kelvin. 
De acordo com a Lei Zero da Termodinâmica, “dois corpos em equilíbrio com um 
terceiro, estão em equilíbrio térmico entre si” (Figura 01). 
 
Figura 01 - Princípio zero da termodinâmica 
Vejamos a situação da figura acima: o corpo A está em equilíbrio térmico com o corpo 
C, isto é, a temperatura do corpo A é igual à temperatura do corpo C. Vemos também que a 
temperatura do corpo B é igual à temperatura do corpo C. 
De acordo com a figura acima podemos ver que se dois corpos, A e B, estiverem em 
equilíbrio térmico, isto é, estiverem com a mesma agitação térmica, com um terceiro corpo, C, 
A e B também estarão em equilíbrio térmico entre si. 
A Lei do resfriamento de Newton expressa que a taxa de perda de calor de um corpo é 
proporcional à diferença de temperatura entre o corpo e a vizinhança enquanto estiver sob 
efeito de uma brisa. 
O que acontece quando um corpo é deixado resfriar espontaneamente em um ambiente 
cuja temperatura possa ser considerada constante? Se observarmos o resfriamento de um certo 
volume de água a 80˚C em um ambiente a 0˚C, por exemplo, notaremos um comportamento 
mostrado na tabela e no gráfico a seguir: 
4 
 
 
Figura 02 – gráfico e tabela reagindo ao volume de água a 80˚C em um ambiente a 0˚C 
 
 
Newton estabeleceu que o resfriamento obedece à seguinte equação: 
 
Ou seja, a taxa de variação da temperatura do esfriamento, ou a velocidade do esfriamento (em 
˚C/s ou K/s, por exemplo) é diretamente proporcional a uma constante de proporcionalidade e à 
diferença de temperatura entre o corpo e o meio ambiente. 
Assim, se não houver diferença de temperatura, a velocidade será zero. 
Essa é uma equação diferencial ordinária de primeira ordem (EDO), e podemos resolvê- 
la pelo agrupamento de variáveis: 
 
Integrando ambos os lados, teremos: 
 
Da propriedade fundamental dos logaritmos, temos que: 
 
Aplicando acima, podemos fazer: 
 
Como a temperatura do corpo será sempre maior que a do ambiente, o logaritmando será 
sempre positivo, e o sinal de módulo é desnecessário. 
Desenvolvendo: 
 
Como eC é uma constante, a equação final fica: 
 
5 
Parte experimental 
2. Objetivos 
-Verificar que o comportamento de duas substâncias em contato térmico, quando suas 
temperaturas são diferentes, obedece à lei de resfriamento de Newton. 
3. Materiais 
-Tubo de ensaio com água quente, cronômetro digital, termômetro digital ou de 
mercúrio. Simulador disponível no Ambiente Virtual (AVA) da UFMS, no Laboratório de Física Il. 
 
 
4. Procedimentos 
Abrimos a simulação. 
 
Figura 03 – imagem da simulação 
- No menu da simulação, a esquerda deixemos os itens como estão com exceção dos 
seguintes: 
• O material do recipiente (Material of the calorimeter) – trocamos para copper. 
• A temperatura inicial do líquido T0 (Temperature of the preheated liquid, T) – este 
foi selecionada a temperatura de 80 ºC. 
• A temperatura da sala Ta (Room temperature, T₀) – o valor escolhido foi de 23 ºC. 
- Fazemos a medida da temperatura a cada 2 minutos durante os 30 primeiros minutos 
e depois a cada 5 minutos anotando os dados em uma tabela. 
5. Resultado 1 
Com os dados coletados no simulador, construímos uma tabela (Tabela 01). 
 
Tempo (s) Temperatura °C (T - Ta) °C 
120 76,9 53,9 
240 73,8 50,8 
360 71,1 48,1 
6 
GRÁFICO (T-Ta)°C X TEMPO(s) 
60 
 
50 
 
40 
 
30 
 
20 
 
10 
 
0 
0 500 1000 1500 2000 
Tempo (s) 
2500 3000 3500 4000 
480 68,4 45,4 
600 65,9 42,9 
720 63,6 40,6 
840 61,3 38,3 
960 59,2 36,2 
1080 57,2 34,2 
1200 55,3 32,3 
1320 53,6 30,6 
1440 51,9 28,9 
1560 50,3 27,3 
1680 48,8 25,8 
1800 47,7 24,7 
2100 44,1 21,1 
2400 41,3 18,3 
2700 38,9 15,9 
3000 36,8 13,8 
3300 35 12 
3600 33,4 10,4 
Tabela 01 – Dados coletados no experimento utilizando o simulador 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 04 – Gráfico de (T-Ta)°C em função do Tempo(s) 
 
 
6. Resultado 2 
Com os dados dos valores (T-Ta), construímos a tabela 02 com os valos de ln(T-Ta) e 
Tempo (s). 
 
ln(T-Ta) Tempo (s) 
3,987130478 120 
3,927896355 240 
3,873282177 360 
3,815512105 480 
(T
-T
a)
°C
 
7 
Gráfico ln(T-Ta) X TEMPO (s) 
4,5 
4 
3,5 
3 
2,5 
2 
1,5 
1 
0,5 
0 
0 500 1000 1500 2000 
Tempo (s) 
2500 3000 3500 4000 
3,758871826 600 
3,703768067 720 
3,645449896 840 
3,589059119 960 
3,532225644 1080 
3,47506723 1200 
3,421000009 1320 
3,363841595 1440 
3,306886702 1560 
3,250374492 1680 
3,206803244 1800 
3,04927304 2100 
2,90690106 2400 
2,766319109 2700 
2,624668592 3000 
2,48490665 3300 
2,341805806 3600 
Tabela 02 – Dados coletados no experimento utilizando o simulador 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 05 – gráfico de ln(T-Ta) em função do Tempo (s) 
 
 
Fazendo a regressão linear do gráfico acima obtivemos os seguinte valores para α (coeficiente angular) e 
β (coeficiente linear): 
α = 0,000318502 
β = 2,857058913 
 
 
Utilizando o coeficiente angular da reta e a equação definimos o valor da 
constante k, sendo ele igual a k = 0,07628. 
ln
(T
-T
a)
 
8 
 
7. Conclusão 
A partir das relações entre a introdução teórica, objetivos e os resultados experimentais 
obtidos, podemos ver que os resultados obtidos na tabela 1 mostra que, a diminuição de 
temperatura de um corpo está relacionada diretamente com o tempo, ou seja, quando maior 
for a temperatura de um corpo maior será tempo necessário para que o sistema entre em 
equilíbrio. Além disso, podemos ver que os resultados obtidos na tabela 2 são inversamente 
proporcionais. 
9 
8. Referências Bibliográficas 
http://api.adm.br/GRS/referencias/SEGUNDA_LEI_DA_TERMODINAMICA.pdf 
 
https://blogdoenem.com.br/lei-zero-da-termodinamica-fisica-enem/https://www.cesadufs.com.br/ORBI/public/uploadCatalago/11435204052012Fisica_Basica_Au 
la_16.pdf 
 
https://www.educamaisbrasil.com.br/enem/fisica/lei-zero-da-termodinamica 
 
https://www.if.ufrgs.br/~dschulz/web/lei_zero.htm 
 
https://www.infoescola.com/fisica/lei-zero-da-termodinamica/ 
 
http://masimoes.pro.br/fisica_aplic/resfr.html#:~:text=Newton%20estabeleceu%20que%20o% 
20resfriamento,corpo%20e%20o%20meio%20ambiente 
 
https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/lei-zero-termodinamica.htm 
 
https://pt.solar-energia.net/termodinamica/leis-da-termodinamica/lei-zero-da-termodinamica 
 
https://www.preparaenem.com/fisica/lei-zero-termodinamica.htm 
 
https://querobolsa.com.br/enem/quimica/lei-zero-da-termodinamica 
 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Lei_zero_da_termodin%C3%A2mica 
http://api.adm.br/GRS/referencias/SEGUNDA_LEI_DA_TERMODINAMICA.pdf
https://blogdoenem.com.br/lei-zero-da-termodinamica-fisica-enem/
https://www.cesadufs.com.br/ORBI/public/uploadCatalago/11435204052012Fisica_Basica_Aula_16.pdf
https://www.cesadufs.com.br/ORBI/public/uploadCatalago/11435204052012Fisica_Basica_Aula_16.pdf
https://www.educamaisbrasil.com.br/enem/fisica/lei-zero-da-termodinamica
https://www.if.ufrgs.br/~dschulz/web/lei_zero.htm
https://www.infoescola.com/fisica/lei-zero-da-termodinamica/
http://masimoes.pro.br/fisica_aplic/resfr.html#%3A~%3Atext%3DNewton%20estabeleceu%20que%20o%20resfriamento%2Ccorpo%20e%20o%20meio%20ambiente
http://masimoes.pro.br/fisica_aplic/resfr.html#%3A~%3Atext%3DNewton%20estabeleceu%20que%20o%20resfriamento%2Ccorpo%20e%20o%20meio%20ambiente
https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/lei-zero-termodinamica.htm
https://pt.solar-energia.net/termodinamica/leis-da-termodinamica/lei-zero-da-termodinamica
https://www.preparaenem.com/fisica/lei-zero-termodinamica.htm
https://querobolsa.com.br/enem/quimica/lei-zero-da-termodinamica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Lei_zero_da_termodin%C3%A2mica