Relatório 4

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Universidade Federal de São Carlos 
 
 
 
Física Experimental 
Turma NA 
 
 
 
 
 
 
 
 
Prática 4: Medições de temperatura - lei de resfriamento de 
Newton 
 
 
 
 
 
 
Profa. Dra. Thereza Cury Fortunato 
 
 
 
 
 
 
 
Aluno: Diego Henrique Rosa Penha RA:. 740885 
Aluna: Gabriela Peres Bianchin. RA:. 791551 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
02 de Julho de 2024 
São Carlos - SP 
 
 
Resumo: O experimento foi realizado com o intuito de observar e medir a troca de 
temperatura de um corpo aquecido com o ar, levando em consideração a lei de resfriamento 
de Newton. Aquece-se então, uma determinada quantidade de água até sua ebulição. Com a 
utilização de um termômetro digital, mediu-se a variação de temperatura por cerca de 40 
minutos. 
 
1. Objetivos 
Este experimento teve como objetivo realizar medições de temperatura em líquidos, 
construção de gráficos em papel mono-log, aplicar aos resultados representados em 
gráfico as técnicas de ajuste de reta visual e MMQ a fim de determinar os coeficientes 
da melhor reta dos gráficos, bem como analisar a lei de resfriamento de Newton e 
obter a constante de resfriamento da água. 
 
2. Fundamentação teórica 
 
A Lei de Resfriamento de Newton é um princípio fundamental na física que descreve a taxa 
na qual um objeto se resfria ou aquece, dependendo da diferença de temperatura entre o 
objeto e seu ambiente. Foi formulada por Sir Isaac Newton no século XVII. A lei de 
resfriamento de Newton diz que “A quantidade de calor que flui de um corpo com 
temperatura mais alta para outro com temperatura mais baixa, varia conforme a diferença de 
temperatura”. Logo, a taxa de resfriamento de um dado corpo em contato térmico com um 
fluido, será dado pela seguinte equação: 
 
 
 Equação (1) 
 
Sendo ΔT0 a diferença de temperatura entre um corpo e a 
vizinhança no instante t = 0 
 
 Equação (2) 
 
Após um dado instante de tempo essa diferença de temperatura será dada pela seguinte 
equação: 
 
Que pode ser reescrita da seguinte forma: 
 
 
 Equação (3) 
 
A Lei do Resfriamento de Newton tem muitas aplicações no dia a dia, algumas delas 
são o controle de temperatura em edifícios, cozimento de alimentos, resfriamento de 
bebidas, resfriamento de equipamentos eletrônicos e até mesmo em investigação 
criminal. 
Sendo esta uma ferramenta da física que descreve a perda de calor de um dado objeto 
para o ambiente circundante, à medida que sua temperatura se aproxima da 
temperatura ambiente. 
 
 
 
3. Materiais utilizados 
Termômetro digital; 
Proveta; 
Béquer; 
Bico de Bunsen; 
Água; 
Papel mono-log; 
Papel milimetrado; 
Cronômetro; 
 
4. Procedimento experimental 
1. Colocou-se aproximadamente 500 ml de água dentro do recipiente, que foi então 
levado a uma chapa de aquecimento ainda desligada. 
2. Mediu-se o valor da temperatura da água e registrou-se na tabela 1. 
3. Ligou-se o aquecedor, permitindo que a temperatura da água atingisse 90°C. 
4. Desligou-se o aquecedor e registrou-se a queda de temperatura conforme o tempo até 
que a temperatura atingisse 38°C, anotando os resultados na tabela. 
5. Gerou-se o gráfico da queda de temperatura em função do tempo em papel mono-log 
e papel milimetrado. 
 
5. Apresentação dos Resultado 
 
A tabela 1 apresenta o tempo decorrido medido com a utilização de um cronômetro, a 
temperatura da água, a temperatura ambiente medidas diretamente com a utilização de um 
termômetro e a variação da temperatura medida indiretamente através de expressão 
matemática, a temperatura inicial medida diretamente com o termômetro e a variação da 
temperatura inicial em relação à temperatura ambiente, bem como suas respectivas 
incertezas. 
 
Tabela 1: Tempo decorrido (t), temperatura da água (ϴ), temperatura ambiente (ϴa), 
variação da temperatura da água (Δϴ), e variação da temperatura inicial (ϴ0) em 
relação à temperatura ambiente, (Δϴ0). 
 
t ± 0,05 
(min) 
ϴ ± 1 
(°C) 
ϴa ± 1 
(°C) 
Δϴ ± 1 
 (°C) 
0 76 26 50 
0,5 75 26 49 
1 75 26 49 
1,5 74 26 48 
2 73 26 47 
2,5 71 26 45 
3 70 26 44 
3,5 69 26 43 
4 68 26 42 
4,5 68 26 42 
5 67 26 41 
6 66 26 40 
7 64 26 38 
8 62 26 36 
9 61 26 35 
10 59 26 33 
11 58 26 32 
12 57 26 31 
13 56 26 30 
14 55 26 29 
15 54 26 28 
16 53 26 27 
17 52 26 26 
18 51 26 25 
19 50 26 24 
20 49 26 23 
21 48 26 22 
22 48 26 22 
23 47 26 21 
24 46 26 20 
25 46 26 20 
26 45 26 19 
27 45 26 19 
28 44 26 18 
29 44 26 18 
30 43 26 17 
31 42 26 16 
32 42 26 16 
33 41 26 15 
34 41 26 15 
35 40 26 14 
36 40 26 14 
37 40 26 14 
38 39 26 13 
39 39 26 13 
40 38 26 12 
 
A tabela 2 faz uma comparação dos valores obtidos pelos métodos visual e MMQ para a 
variação da temperatura inicial em relação à temperatura ambiente, o tempo característico do 
decaimento exponencial obtido indiretamente através de expressões matemáticas, os 
coeficientes angular e linear obtidos matematicamente, assim como suas respectivas 
incertezas. 
 
Tabela 2: Variação da temperatura inicial em relação à temperatura ambiente (Δϴ0), 
tempo característico do decaimento exponencial (τ), coeficiente angular (a) e 
coeficiente linear (b), das retas, visual e a obtida por MMQ e suas respectivas 
incertezas. 
 
 Δϴ0
 ± 1 
(°C) 
τ a ± u(a) b ± u(b) 
Método Visual 47,0 28,953 -0,0150 ± 0,000179 1,672 ± 0,00393 
MMQ (até 20 
minutos) 
49,9 25,728 -0,0169 ± 0,000163 1,698 ± 0,00173 
 
O gráfico abaixo representado pela figura 1 apresenta os pontos experimentais obtidos através 
da variação da temperatura (Δϴ) calculado e do tempo decorrido (t) medido. Foi traçada a 
melhor reta visual, bem como suas retas máximas e mínimas a fim de obter os valores para os 
coeficientes angulares e lineares, bem como o tempo característico do decaimento 
exponencial (τ) e a variação da temperatura em relação à temperatura ambiente (Δϴ0). 
Também foi traçada a reta obtida pelo método dos mínimos quadrados (MMQ). 
 
Figura 1: Representação dos pontos experimentais e melhor curva visual, por meio 
do gráfico da temperatura (ϴ) versus tempo decorrido (t), em papel milimetrado. 
 
Figura 2: Representação dos pontos experimentais, melhor reta visual (na parte 
inferior), por meio do gráfico de temperatura (ϴ) versus tempo (t), e reta obtida pelos 
pontos calculados por MMQ (parte superior), por meio do gráfico de variação da 
temperatura (Δϴ) versus tempo (t), em papel mono-log. 
 
6. Conclusões 
Com o experimento, foi possível observar o processo de resfriamento da água (inicialmente a 
76 ℃) quando exposta à temperatura ambiente por um determinado tempo. Através do 
gráfico obtido, utilizando os dados coletados durante a prática do experimento, foi possível 
concluir que o resfriamento da água, na relação entre temperatura e tempo, possui caráter 
exponencial, que era o resultado esperado devido ao caráter também exponencial da 
seguinte equação: 
 
Notou-se que a água perde calor mais rapidamente no início e a taxa de resfriamento 
diminui com o passar do tempo. Esse fenômeno ocorre, pois a água busca o equilíbrio 
térmico com a temperatura ambiente, seguindo a Lei Zero da Termodinâmica. Assim, 
conforme a temperatura da água mudava, o termômetro ajustava sua leitura para refletir o 
equilíbrio térmico com a água, garantindo uma medição precisa da temperatura. 
 
7. Bibliografia 
 
Apostila do Laboratório de Física Experimental A, Livro de Práticas, DEP - UFSCar, 
2024.