W Lab TERMODINAMICA

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1-INTRODUÇÃO
O presente trabalho de Laboratório de Termodinâmica tem como finalidade facilitar a aprendizagem significativa dos conceitos mais importantes de Física Térmica para estudantes do Curso de Ensino de Física, tendo em vista que muitos deles, no exercício do magistério, costumam ignorar a Física, preocupando-se apenas com alguns conceitos relacionados à outras áreas. Visto que, em uma sociedade na qual o conhecimento científico associado à Física manifesta-se em sua crescente intervenção da tecnologia no dia-a-dia, desempenhando um papel fundamental no próprio desenvolvimento socioeconómico e cultural.
Portanto, esta experiência tem como tema Pontos Críticos/Fíxos da matéria. Pois, do ponto de vista macroscópico a matéria pode existir em três estados de agregação distintos (fases): sólido, líquido e gasoso. Em geral, dependendo das condições de temperatura e pressão, uma mesma substância pode se apresentar em qualquer uma das três fases. Como mostra a fig. Abaixo:
Pois, ao falar da propriedade física de um componente, deve-se levar em questão que apenas ocorrerão fenômenos físicos, ou seja a composição química da matéria não será alterada. Assim, exemplificando, pode-se dizer que os fenômenos ocorridos podem ser: mudança do volume, estado físico, temperatura, cor e dureza. 
Entretanto, nesse relatório será abordado os estados físicos para analise, utilizando o ponto de fusão e o ponto de ebulição com ajuda do Termometro com o objetivo de obter dados concretos para auxiliar aos docentes em formação de Cursos Normais no estudo mais amplo dos fenômenos térmicos, incluindo o conceito de temperatura e suas aplicações e implicações, procurando vincular os conceitos físicos com questões relacionadas à vida cotidiana, tais como o funcionamento do refrigerador, ar-condicionado, termógrafo, aquecedor solar e garrafa térmica, entre outros.
2-TEMA: Pontos Críticos/Fixos
3-OBJECTIVOS
a)-Objectivo Geral: 
Essa prática tem como objectivo a descrição dos fenómenos físicos observados durante a experiência com vista a determinar os pontos críticos (de fusão e de ebulição) das substâncias (água) usando o termómetro e o termográfico. Isto é, termómetro para ponto de fusão e termográfico para ponto de ebulição. 
b)-Objectivos Específicos: 
Resumir teoricamente os fenómenos físicos a observar;
Determinar ponto de ebulição da água;
Determinar ponto de fusão do gelo;
Discutir os resultados obtidos.
4-RESUMO TEÓRICO
Pontos críticos/fixos 
É possível mostrar que, sob certas condições, alguns fenómenos físicos sempre ocorrem à mesma temperatura, e que, durante o fenómeno, a temperatura permanece constante. 
As temperaturas em que tais fenómenos acontecem são denominadas pontos fixos. Dois desses pontos fixos são particularmente importantes para o estudo da Termodinâmica: 
O ponto de fusão do gelo e 
O ponto de ebulição da água.
- O ponto de fusão designa a temperatura à qual uma substância passa do estado sólido ao estado líquido. Ponto de fusão é a temperatura na qual a substância sólida está em equilíbrio com a substância que dela se obtêm por fusão. As substâncias puras fundem-se a uma temperatura constante. Já as impuras (misturas) não apresentam um único ponto de fusão definido e, sim, uma faixa de fusão, que será tanto maior quanto mais impurezas contiverem as substâncias. Visto que, durante o tempo em que ocorre a fusão a pressão de vapor do sólido se iguala à pressão de vapor do líquido. Visto que, no momento em que um sólido se funde suas ligações intermusculares são rompidas e a temperatura de fusão vai nos informar sobre a extensão das forças de actuação entre as unidades que constituem os cristais iónicos ( nos compostos iónicos) e cristais moleculares ( compostos moleculares). 
- O ponto de ebulição ou temperatura de ebulição é a temperatura em que uma substância passa do estado liquido ao estado gasoso e esta, se caracteriza pela formação de bolhas de vapor no interior da massa líquida. Isto é, ao aquecermos um líquido, aumenta a energia cinética de suas moléculas e consequentemente torna-se maior sua pressão máxima de vapor. Pois, sobre o líquido, no entanto, há outra força oposta que é a pressão externa. Para um recipiente aberto essa pressão externa é a pressão atmosférica. Pois, o líquido entrará em ebulição (vaporização rápida) quando sua pressão máxima de vapor iguala-se à pressão externa.
Portanto, no ponto de ebulição, a pressão do vapor saturado de um líquido é igual à pressão ambiente (do sistema), a qual pode ser considerada a pressão atmosférica (760mmHg), caso o sistema esteja comunicante com a atmosfera terrestre e ao nível do mar. Neste último caso, deve-se levar em conta que o ponto de ebulição varia com a altitude, já que a pressão atmosférica varia com a mesma. Pois, O ponto de ebulição da água em condições de atmosfera padrão é de 100 °C. Vale citar, como exemplo que, a água, em pressões muito baixas, ferve à temperaturas bem inferiores à 100°C. De acordo com a definição IUPAC, ponto de ebulição é a temperatura na qual a pressão de líquido iguala-se a pressão atmosférica. 
No entanto, Temperatura é um parâmetro físico descritivo de um sistema que vulgarmente se associa às noções de frio e calor, bem como às transferências de energia térmica, mas que se poderia definir, mais exactamente, sob um ponto de vista microscópico, como a medida da energia cinética associada ao movimento (vibração) aleatório das partículas que compõem um dado sistema físico. Ver fig.1:
 
Figura 1 – A figura mostra os pontos fixos da escala Célsius.
5- MATERIAL UTILIZADO
Aquecedor;
Água;
Gelo;
Copos;
Termómetro;
Cronómetro.
6- PROCEDIMENTOS: 
6.1-Determinação do ponto de fusão do gelo com auxílio do termómetro
Explicação do processo:
Primeiro medimos a massa do recipiente que foi num valor de 126,92g e a massa do gelo num valor de 150g e depois, um dos componentes do grupo ficou responsável por observar a temperatura indicada no termómetro e o outro por observar o momento da fusão do gelo com ajuda do cronometro. Assim sendo, foi registado o início da fusão do gelo a uma temperatura de, aproximadamente, -2ºC e constatamos que durante um período de 7min e 50 segundos a temperatura marcada no termómetro desceu de -2ºC ate 0ºC. E nesta temperatura (0ºC) dá-se o inicio da fusão do gelo com a temperatura mantendo-se constante até ao término da fusão. Ou seja, a sua temperatura foi aumentando gradativamente até chegar a 0 ºC. Ao atingir 0 ºC o gelo começa derreter (fusão). Portanto, dizemos que o ponto de fusão do gelo é 0ºC. 
Para confirmar a temperatura de fusão foi repetido o experimento, seguindo o método já descrito anteriormente. Ver fig. Abaixo.
6.2- Determinação do ponto de ebulição da água com ajuda do termografo
Nesta fase, constatamos que A ebulição é a vaporização turbulenta que se processa a uma temperatura determinada, em qualquer parte da massa do líquido, acompanhada de intensa formação de bolhas. Isto é, quando colocamos um recipiente com água no fogo, a energia absorvida na forma de calor faz as moléculas de água moverem-se mais rapidamente, de modo que a temperatura da água aumente. Após algum tempo a água começa a ferver, as bolhas de vapor formadas no seu interior sobem para a superfície e a temperatura permanece constante. Se aumentarmos o fogo, a água ferverá mais rapidamente, porém sua temperatura não aumentará. Esta temperatura é chamado de ponto de ebulição. Uma vez que o líquido começa a ferver, a temperatura mantém-se constante até que todo o líquido tenha sido convertido para um gás. Sendo assim, o ponto de ebulição normal de água é de 100°C. Ver fig. Abaixo.
7-DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
Portanto, verificamos que, durante o aquecimento ou arrefecimento de substâncias puras como a água, quando se atinge o ponto de fusão ou de ebulição, a temperatura da substância deixa de aumentar ou de diminuir, mesmo que continues a aquecê-la ou arrefecê-la. Pois, quando a água tem substâncias dissolvidas, inicia
a fusão a temperaturas inferiores a 0 ºC. Por outro lado, inicia a ebulição a temperaturas superiores a 100 ºC. isto é, durante as transformações inversas, ou seja, a transformação da água em vapor e de água em gelo, a temperatura permanece constante.
 Eis como varia a temperatura quando aquecemos (ebulição) ou arrefecemos (fusão) a água, desde os -5 ºC até aos 100 ºC: Ver gráfico abaixo.
NB: O gráfico mostra a temperatura em função da quantidade de calor absorvida. Observe que a temperatura permanece constante durante a fusão e durante a ebulição. 
7.1-DEMOSTRAÇÃO DOS CÁLCULOS DURANTE O PROCESSO DE EBULIÇÃO DA ÁGUA:
Cálculo do Tempo médio ( )
Dados:	 Fórmula	 Resolução
 = 216,92 g		 = 	 = 
 = 150 g		 = 
= 3,06 s	 = 
 = 3,05 s = 3,04 s
 = 3,03 s
 = ?
Cálculo dos Erros Absolutos
1-Dados:	Fórmula	Resolução
= 3,06 s	 = - = - 
 = 3,04 s	 = 3,06 s - 3,04 s
 = ?	 = 0,02 s
2-Dados:	Fórmula	Resolução
= 3,05 s	 = - = - 
 = 3,04 s	 = 3,05 s - 3,04 s
 = ?	 = 0,01 s
3-Dados:	Fórmula	Resolução
= 3,06 s	 = - = - 
 = 3,04 s	 = 3,03 s - 3,04 s
 = ?	 = - 0,01 s
Cálculo do Erro Absoluto Médio
Dados:	 Fórmula	Resolução
 = 0,02 s	 = = 
 = 0,01 s	 = 
 = - 0,01 s	 = 
 = ? = 0,0067 s 
Cálculo dos Erros Relativos
1-Dados: Fórmula	Resolução
 = 0,02 s = x 100% = x 100 % 
 = 3,04 s	 = x 100 % 
 = ? = 0,0066 x 100 %
 = 0,66 %
2-Dados: Fórmula	Resolução
 = 0,01 s = x 100% = x 100 % 
 = 3,04 s	 = x 100 % 
 = ? = 0,0033 x 100 %
 = 0,33 %
2- Dados: Fórmula	Resolução
 = - 0,01 s = x 100% = x 100 % 
 = 3,04 s	 = x 100 % 
 = ? = - 0,0033 x 100 %
 = - 0,33 %
Cálculo do Erro Relativo Médio 
Dados:	 Fórmula Resolução
= 0,66 % = + + = + + 
= 0,33 % = 0,66 % + 0,33 % +(-0,33)% 
= - 0,33 % = 0,66 % 
 =?
Cálculo da Temperatura normal da água
Dados: Fórmula	 Resolução
= 0,27°C = = 
= 0,28°C	 = 
= 0,25°C	 = 
 = ?	 = 0,267°C
Obs:
8-CONCLUSÃO
Portanto, concluímos que, os pontos de fusão e ebulição são propriedades importantes das substâncias, pois cada uma possui uma temperatura de fusão e uma temperatura de ebulição específicas. Não existem duas ou mais substâncias com pontos de fusão e ebulição iguais. A única substância conhecida com ponto de fusão igual a 0 ºC e ponto de ebulição igual a 100º C, ao nível do mar, é a água.
Por isso, essas grandezas são usadas para identificar as substâncias. Pois, as experiências efectuadas mostraram-nos como determinar o ponto de fusão e de ebulição de substâncias. Verificou-se então que o Ponto de Fusão é a temperatura à qual uma substância passa do estado sólido para o líquido, nas condições normais de pressão, coexistindo ambas as fases (líquida e sólida) em equilíbrio. 
Contudo, não ocorreu nenhuma dificuldade na realização das experiências e os nossos objectivos foram atingidos com sucesso.
9-REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS
- HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos da Física 2. Rio de Janeiro: LTC, 2009. 2 v.
- SEARS, Francis Weston; ZEMANSKY, Mark Waldo; YOUNG, Hugh D.; FREEDMAN, Roger A. Física II: Termodinâmica e Ondas. São Paulo: Pearson Addison Wesley, 2008. 2 v.
- RAMALHO JÚNIOR, Francisco; FERRARO, Nicolau Gilberto; SOARES, Paulo Antônio de Toledo. Física 2: os fundamentos da física: Gravitação, Ondas e Termodinâmica. 10. ed. São Paulo: Moderna, 2009. 3 v.
http://sites.google.com/site/aprendefisicoquimica/propriedadesf%C3%ADsicasequ%C3%ADmicasdosmateriais
http://www.wikipedia.com//
http://www.fisica.ufs.br