Relatorio FisicaII #10 Equilíbrio Térmico e Curva de Aquecimento

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Universidade Estácio de Sá – Campus Macaé
	
	
	Curso: Engenharias
	Disciplina: Física Experimental
	Código: 
CCE0848
	Turma: 
 
	
	
	Professor (a): 
	Data de Realização: 17/05/2016
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	Nome do Aluno (a): 
Nome do Aluno (a): 
	Nº da matrícula: 
Nº da matrícula: 
Nome do experimento: Equilíbrio Térmico e Curva de Aquecimento
Objetivos:
Ao final da atividade o aluno será capaz de: 
- reconhecer que ao colocar em contato dois corpos a temperaturas diferentes, o calor fluirá do corpo com temperatura maior para o corpo de temperatura menor; 
- reconhecer, identificar e descrever as mudanças de estados físicos; 
- construir gráficos da temperatura versus tempo utilizando dados coletados durante as mudanças de fase.
Introdução teórica: 
Chamamos de Termologia a parte da física que estuda os fenômenos relativos ao calor, aquecimento, resfriamento, mudanças de estado físico, mudanças de temperatura, etc.. Temperatura é a grandeza que caracteriza o estado térmico de um corpo ou sistema. Fisicamente o conceito dado a quente e frio é um pouco diferente do que costumamos usar no nosso cotidiano. Podemos definir como quente um corpo que tem suas moléculas agitando-se muito, ou seja, com alta energia cinética. Analogamente, um corpo frio, é aquele que tem baixa agitação das suas moléculas. Ao aumentar a temperatura de um corpo ou sistema pode-se dizer que está se aumentando o estado de agitação de suas moléculas. Ao tirarmos uma garrafa de água mineral da geladeira ou ao retirar um bolo de um forno, percebemos que após algum tempo, ambas tendem a chegar à temperatura do ambiente. Ou seja, a água "esquenta" e o bolo "esfria". Quando dois corpos ou sistemas atingem a mesma temperatura, dizemos que estes corpos ou sistemas estão em equilíbrio térmico. Para que seja possível medir a temperatura de um corpo, foi desenvolvido um aparelho chamado termômetro. O termômetro mais comum é o de mercúrio, que consiste em um vidro graduado com um bulbo de paredes finas que é ligado a um tubo muito fino, chamado tubo capilar. Quando a temperatura do termômetro aumenta, as moléculas de mercúrio aumentam sua agitação fazendo com que este se dilate, preenchendo o tubo capilar. Para cada altura atingida pelo mercúrio está associada uma temperatura. A escala de cada termômetro corresponde a este valor de altura atingida. A escala Celsius é a mais usada no Brasil e na maior parte dos países, oficializada em 1742, pelo astrônomo e físico sueco Anders Celsius (1701-1744). Esta escala tem como pontos de referência a temperatura de congelamento da água sob pressão normal (0°C) e a temperatura de ebulição da água sob pressão normal (100 °C). A escala Fahrenheit é utilizada, principalmente nos países de língua inglesa, criada em 1708 pelo físico alemão Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736), tendo como referência a temperatura de uma mistura de gelo e cloreto de amônia (0 °F) e a temperatura do corpo humano (100 °F). A escala Kelvin é também conhecida como escala absoluta, foi verificada pelo físico inglês William Thompson (1824-1907), também conhecido como Lorde Kelvin. Esta escala tem como referência a temperatura do menor estado de agitação de qualquer molécula (0 K) e é calculada a partir da escala Celsius. Por convenção, não se usa "grau" para esta escala, ou seja 0 K, lê-se zero kelvin e não zero grau kelvin.
Material utilizado:
 
- Tripé delta com sapatas niveladoras amortecedoras (CIDEPE), com haste metálica;
- Mufas duplas de 90 graus.
- Tubo de ensaio;
- Bico de Bunsen; 
Calorímetro com agitador (CIDEPE);
- Termômetros (ICOTERM L-054/07);
Roteiro do experimento:
Parte 1: Equilíbrio térmico 
a) Ao colocar 50 ml de água à temperatura ambiente dentro do calorímetro e verificamos a temperatura de 21,7 ºC. b) Colocamos 50 ml de água fervente dentro de outro calorímetro e verificamos sua temperatura: 43,6 ºC. 
c) Misturamos os 50ml de água ambiente com a água fervente, aguardamos um minuto e verificamos a temperatura do conjunto: 36,6 ºC. Com base no observado, respondemos:
 -Quem ganhou e quem perdeu calor neste sistema?
R.: A água em temperatura ambiente ganhou calor e a água fervente perdeu. 
d) Colocamos 50 ml de gelo dentro de outro calorímetro e verificamos sua temperatura 0,4 ºC. 
e) Acrescentamos o gelo dentro do calorímetro da mistura água ambiente + água fervente, aguardamos um minuto e verificamos a temperatura do conjunto: 31,5 ºC. Com base no observado, respondemos: 
-Quem ganhou e quem perdeu calor neste sistema? 
R.: O gelo ganhou calor e a mistura água ambiente/água fervente perdeu calor. 
Parte 2: Curva de aquecimento e mudanças de estados física da água 
- Anotamos a temperatura ambiente; 
- Colocamos o gelo dentro do tubo de ensaio; c) Aguardamos cerca de dois minutos observando por fora do tubo. 
- Prendemos o termômetro na haste com auxílio das mufas; 
- Com o gelo picado no tubo de ensaio, fizemos a leitura da temperatura; 
- Aguardamos dois minutos e verificamos a temperatura novamente;
- Aquecemos o tubo de ensaio com a lamparina, e verificando a temperatura a cada 20 segundos e a existência gelo no sistema, usando sempre o agitador;
 - Ao derreter todo o gelo verificamos a temperatura e anotamos o tempo em que esse gelo levou para derreter; 
- Continuamos observando a temperatura e o tempo, a cada 20 segundos e anotando os resultados; 
- Assim que começou a levantar fervura, verificamos e anotamos a temperatura e o tempo transcorrido; 
- Deixamos certo tempo essa água ferver, anotando a temperatura e o tempo dos resultados; Com base nas leituras, respondemos: 
- De onde veio a água líquida? 
R.: A água líquida veio do gelo que se derreteu com o aumento da temperatura. 
- Que mudança de fase ocorre neste caso? 
R.: Ocorreu a fusão, que é a mudança de fase do estado sólido para o líquido. 
- Ao se retirar do freezer uma vasilha de alumínio, cria-se ao redor dela uma fina camada de gelo (como neve), explique porque isso ocorre. 
R.: Isso ocorre porque o alumínio possui capacidade superior de transmitir calor para o ambiente externo.
- Explique porque em certos pontos do gráfico não há aumento de temperatura? 
R.: Entre os instantes 0s e 20s, a temperatura permanece constante, e este intervalo corresponde ao ponto de fusão. O sólido funde-se gradativamente, absorvendo calor de fusão. A temperatura permanece constante porque não há aumento na energia cinética média das moléculas. O calor fornecido aumenta a energia potencial média destas. A partir dos 4min, há uma segunda zona de temperatura constante. Agora, temos o ponto de ebulição. O fornecimento contínuo de calor propicia a energia necessária para que as moléculas vençam as forças de atração intermoleculares do líquido e escapem para a forma gasosa. 
- Caso você repetisse esta atividade em outro lugar (ou em outro dia, com pressão atmosférica diferente), outros valores encontrados teriam que ser mesmos? Justifique sua resposta. 
R.: Não, a ebulição da água não ocorre, necessariamente, a 100°C. A temperatura que a água tem de atingir para entrar em ebulição, isto é, para ferver, depende da pressão atmosférica. Como a pressão diminui à medida que a altitude se eleva, nos lugares altos a ebulição ocorre a temperaturas inferiores a 100°C.
Dados coletados: 
				Parte I: Medição de 50 ml de Água na Temperatura Ambiente
	
	Temperatura no termômetro 
	Incerteza da medição da temperatura
	Medição do volume
	Incerteza da medição do volume
	Medição 01
	24ºC
	+ / - 0,5
	50 ml
	0,025
				Parte I: Medição de 50 ml de Água Fervente
	
	Temperatura no termômetro 
	Incerteza da medição da temperatura
	Medição do volume
	Incerteza da medição do volume
	Medição 02
	60ºC
	+ / - 0,5
	50 ml
	0,025
				Parte I: Medição da mistura água em temperatura ambiente e água fervente
	
	Temperatura no termômetro 
	Incerteza da medição da temperatura
	Mediçãodo volume
	Incerteza da medição do volume
	Medição 03
	42ºC
	+ / - 0,5
	100 ml
	0,025
Parte I: Após acrescentar 100 g de gelo a 0ºC
	
	Temperatura no termômetro 
	Incerteza da medição da temperatura
	Medição do volume
	Incerteza da medição do volume
	Medição 03
	0ºC
	+ / - 0,5
	100 ml
	0,025
Não muda de 0°C, sendo este calor latente.
Tabelas e Gráficos:
					Parte II: Curva de Aquecimento
	
	Temperatura no termômetro 
	Incerteza da medição da temperatura
	Medição do volume
	Incerteza da medição do volume
	Medição 01
	5ºC
	+ / - 0,5
	20s
	0,02s
	Medição 02
	9ºC
	+ / - 0,5
	40s
	0,02s
	Medição 03
	10ºC
	+ / - 0,5
	60s
	0,02s
	Medição 04
	12ºC
	+ / - 0,5
	80s
	0,02s
	Medição 05
	13ºC
	+ / - 0,5
	120s
	0,02s
	Medição 06
	15ºC
	+ / - 0,5
	140s
	0,02s
	Medição 07
	20ºC
	+ / - 0,5
	160s
	0,02s
	Medição 08
	22ºC
	+ / - 0,5
	180s
	0,02s
	Medição 09
	22ºC
	+ / - 0,5
	200s
	0,02s
	Medição 10
	25ºC
	+ / - 0,5
	220s
	0,02s
	Medição 11
	32ºC
	+ / - 0,5
	240s
	0,02s
	Medição 12
	40ºC
	+ / - 0,5
	260s
	0,02s
	Medição 13
	45ºC
	+ / - 0,5
	280s
	0,02s
	Medição 14
	52ºC
	+ / - 0,5
	300s
	0,02s
	Medição 15
	64ºC
	+ / - 0,5
	320s
	0,02s
	Medição 16
	75ºC
	+ / - 0,5
	340s
	0,02s
	Medição 17
	84ºC
	+ / - 0,5
	360s
	0,02s
	Medição 18
	90ºC
	+ / - 0,5
	380s
	0,02s
	Medição 19
	95ºC
	+ / - 0,5
	400s
	0,02s
	Medição 20
	98ºC
	+ / - 0,5
	420s
	0,02s
*Medição 06: Acabou o gelo.
*Medição 17: Primeiras bolhas de ebulição.
*Medição 20: Ebulição.
	
Análise dos resultados:
	Através desse experimento foi possível o detalhamento e identificação dos pontos de mudança de estado físico da água e o comportamento de cada estado. Ao analisar a curva de aquecimento, foi possível praticar o estudo do calor latente e sensível e suas peculiaridades nos momentos de mudança de estado. Foi possível observar que, devido à transferência de calor entre os elementos estudados, aconteceu a perda de calor da água quente e a absorção do calor pela água fria, comprovado assim o conceito do equilíbrio térmico que estamos estudando. Foi importante o exercício para o melhor aprendizado da utilização de cada equipamento e o quanto é necessário o manuseio correto de cada um deles, para a obtenção dos dados de forma mais precisa e eficaz. Foi possível chegar à conclusão de que calor é a energia térmica transferida de um corpo para o outro, motivada instantaneamente por uma mudança de temperatura. De modo geral, pode-se dizer que o e