Relatório 6 - Fisica 2

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UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA
“Júlio de Mesquita Filho”
Engenharia Ambiental
Laboratório de Física 2 – Relatório 6
A mudança de estado líquido-sólido e a mudança de estado sólido-líquido. 
A mudança de estado líquido-gasoso e a mudança de estado gasoso-líquido. 
Acadêmicos:	
Engenharia Ambiental
 Professor Doutor Celso Xavier Cardoso
Presidente Prudente – 17/10/2013
RESUMO
Após a montagem do equipamento, medimos a temperatura ambiente e em seguida a temperatura do gelo picado. Medidas as temperaturas, misturamos o sal ao gelo, para então poder medir a temperatura da mistura. Com a seringa, adicionamos água até que cobrisse o bulbo do termômetro, assim pudemos medir a cada dois minutos durante dez minutos a temperatura, feito isso, repetimos o procedimento, mas dessa vez sem que a mistura refrigerante (gelo e sal) estivessem em contato com a água. Na segunda parte do experimento, medimos a temperatura inicial da água quente e a colocamos no tripé com a tela de amianto para aquecê-la, e novamente medimos sua temperatura a cada dois minutos e mais seis após a ebulição da água. Por sim, posicionamos o espelho com a parte espelhada para baixo sobre os vapores e observamos o ocorrido.
OBJETIVOS
	Os principais objetivos dos experimentos são concluir que na mistura de gelo picado com sal de cozinha se obtém uma mistura refrigerante e que durante a mudança de estado a temperatura não varia, identificar e descrever as mudanças de estado solidificação, liquefação e vaporização, e concluir através do experimento, que durante a mudança de estado a temperatura permanece a mesma e identificar e conceituar calor latente.
INTRODUÇÃO
	Ponto de fusão compreende a temperatura em que uma substância passa do estado sólido para o estado líquido, e ponto de ebulição a temperatura em que uma substância líquida passa para o estado gasoso, à determinada pressão. 
	Tanto o ponto de fusão como o ponto de ebulição são funções periódicas de seus números atômicos. Os elementos da família 1 têm os seus pontos de ebulição e de fusão diminuídos à medida que o número atômico aumenta, isto é, aumentam de baixo para cima. No caso dos elementos da família 17, da outra extremidade da tabela periódica, apresentam o efeito contrário, ou seja, à medida que seu número atômico cresce, seus pontos de fusão e ebulição aumentam, de baixo para cima. 
	Já no que diz respeito aos elementos de um mesmo período, conforme mostrado na terceira tabela acima, de modo geral, os pontos de fusão e ebulição crescem das extremidades para o centro.
	Vejamos o exemplo da água pura que passa do estado sólido para o estado líquido, sob pressão de 1 atm, à temperatura de 0 ºC. Diz-se assim que o ponto de fusão da água pura é 0 ºC. Já a mudança do estado líquido para o estado gasoso, sob a mesma pressão, ocorre à temperatura de 100 ºC. Diz-se assim que o ponto de ebulição da água pura é 100 ºC.
	O ponto de fusão de uma substância, a uma determinada pressão, é um valor constante, fator característico de uma substância pura, e por isso a sua determinação constitui um dos métodos pelo qual se pode calcular o grau de pureza desta substância. Assim, se ao determinamos o ponto de fusão de uma substância que pensamos ser pura e durante a sua fusão existirem variações de temperatura superiores a 1 ºC, essa substância não pode ser considerada uma substância pura.
	Já o ponto de ebulição não tem a mesma importância para a caracterização ou como critério de pureza de uma substância, mas tal como no ponto de fusão quando se determina o ponto de ebulição de uma substância pura não é admissível que surjam variações na temperatura superiores a 1 ºC, caso ocorra, teremos então uma mistura.
	Uma substância pura ao receber calor pode não aumentar de temperatura, isto ocorre nos pontos de fusão e ebulição, onde até ocorrer a mudança de fase no último átomo da substância não variação na temperatura, depois de ocorrida a mudança a temperatura volta a variar.
	A quantidade de energia por unidade de massa que deve ser transferida em forma de calor para que uma amostra de determinada substância mude totalmente de fase é chamada de calor de transformação e é representada pela letra L. Sendo assim, quando uma amostra de massa m sofre uma mudança de fase a energia total é .
MATERIAIS
Um suporte composto por haste, tripé e sapatas niveladoras;
Um copo Becker;
Dois termômetros -10 a 110ºC;
Um tubo de ensaio;
Duas pinças com mufa e garra;
Uma seringa descartável;
Um agitador (haste de madeira);
Um cronômetro;
Gelo picado;
Sal de cozinha;
Uma lamparina;
Um tripé para tela de aquecimento;
Um espelho plano;
Água quente.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Título: A mudança de estado líquido-sólido e a mudança de estado sólido-líquido.
1.1 Observe e anote a temperatura inicial t0 (temperatura do meio ambiente) indicada no termômetro.
Resposta: 22,5 ºC
1.2 Com cuidado coloque o segundo termômetro no interior do gelo picado, aguarde 3 minutos e anote a temperatura final tf (temperatura de equilíbrio térmico).
Resposta: 1 ºC
1.3 Com o tubo de ensaio no interior do copo coloque ao seu redor um sanduíche de gelo picado e sal, (alternadamente 1 colher cheia de sal seguida de um punhado de gelo) repetindo várias camadas.
Coloque o segundo termômetro no interior da mistura de gelo e sal, aguarde 3 minutos e anote a temperatura final de equilíbrio térmico.
Resposta: -9 ºC
1.4 Observe o tubo de ensaio do interior da mistura, sem retirá-lo da pinça inferior.
1.5 Com a seringa coloque água no interior do tubo de ensaio até cobrir o bulbo do termômetro. Registre a temperatura inicial t0 da água líquida contida no tubo de ensaio, considerando o instante desta leitura inicial como zero.
Resposta: 21 ºC
1.6 Com o agitador (haste de madeira) movimente, de vez em quando, a água no interior do tubo de ensaio, anotando a temperatura e registrando o observado, de 2 em 2 minutos, durante 10 minutos. 
Tabela 1
	t (min)
	T (ºC)
	0
	21
	2
	13
	4
	4,5
	6
	2
	8
	1
	10
	1
Que tipo de mudança de estado sofreu a água líquida que havia no tubo de ensaio?
Resposta: Solidificação.
1.7. Gráfico temperatura vs tempo do fenômeno observado (em anexo).
1.8. Qual o significado físico do platô no gráfico obtido?
Resposta: O platô representa uma mudança de estado.
O degelo: mudança de estado sólido-líquido.
2.1. Erga todo o conjunto principal (formado pela haste, tripé, tubo de ensaio e termômetro) e retire o copo com a mistura refrigerante (não tente retirar o termômetro) e seque a parte externa do tubo.
2.2. Anote a temperatura no degelo (de 2 em 2 minutos) durante 10 minutos. Quando você perceber que é possível, movimente o agitador. 
Tabela 2
	t (min)
	T (ºC)
	0
	1
	2
	3
	4
	10
	6
	12
	8
	14
	10
	15
2.3. Que tipo de mudança de estado sofreu a água sólida que havia no interior do tubo de ensaio?
Resposta: Fusão.
2.4. Observando o tubo de ensaio por fora procure justificar o ocorrido. De onde surgiu esta água líquida? Que mudança de fase ocorreu neste caso?
Resposta: A água surge do vapor d'água presente na atmosfera que ao entrar em contato com o tubo de ensaio se liquefaz.
2.5. Gráfico temperatura versus tempo de degelo (em anexo).
2.6. Qual o significado físico do platô neste gráfico?
Resposta: O platô representa uma mudança de estado.
2.7. Caso você resolvesse repetir estas atividades em outro lugar ou em outro dia, com a pressão atmosférica diferente, os valores encontrados seriam os mesmos? Justifique sua resposta.
Resposta: Não, pois o ponto de fusão muda com a variação de pressão.
A mudança de estado líquido-gasoso e a mudança de estado gasoso-líquido.
3.1. Anote a temperatura inicial indicada no termômetro.
Resposta: 57 ºC.
3.2. Acenda a lamparina e a coloque sob a tela de amianto.
Movimentando a massa líquida com o agitador, registre a temperatura de 2 em 2 minutos até 6 minutos após a ebulição da água.
Tabela 3
	t (min)
	ºC
	0
	57 ºC
	2
	71 ºC
	4
	85ºC
	*6
	*93 ºC
	8
	93 ºC
	10
	93 ºC
	12
	93 ºC
* Tempo e temperatura de ebulição
3.3. Com os dados obtidos, faça o gráfico temperatura vs tempo o fenômeno observado.
Resposta: Em anexo.
3.4. Achureie no gráfico a região que corresponde à variação de temperatura ocorrida durante a atividade.
Resposta: Em anexo.
3.5.1. Em algum momento o corpo deixou de receber energia térmica da chama?
Resposta: Não.
3.5.2. Como você justificaria o fato da temperatura da água deixar de subir após certo tempo se a água estava recebendo constantemente energia térmica?
Resposta: Pelo fato da água estar mudando de estado físico.
3.6.1. A que temperatura começou a ocorrer a mudança de fase neste experimento? Justifique a sua resposta.
Resposta: À 93 ºC, pois começou a ebulição e a temperatura se manteve constante.
3.6.2. Caso você tenha encontrado um valor diferente dos 100 ºC para a temperatura de ebulição (normalmente indicados nos livros), isto significa que o valor encontrado experimentalmente estaria errado? Procure justificar a sua resposta.
Resposta: Não, pois a água utilizada não é pura e a pressão atmosférica no experimento não é a 1 atm, como indicada nos livros.
3.7.1. Coloque o espelho, com a parte espelhada voltada para baixo, sobre os vapores desprendidos pela água em ebulição. Comente o observado e procure justificar a sua resposta.
Resposta: Formaram-se gotículas de água no espelho, pois o vapor d’água se liquefaz ao entrar em contato com o espelho que esta em temperatura menor.
3.7.2. Que tipo de mudança de fase ocorreu neste caso?
Resposta: Liquefação.
3.7.3. Com base no observado, justifique o fato de, em regiões frias, os vidros dos carros ficarem embaciados quando as pessoas se fecham no seu interior.
Resposta: Os vidros embaçam devido a menor temperatura do ar na parte de fora do carro, fazendo a liquefação do vapor d’água contido no ar de dentro do carro.
3.8. Quando um corpo começa a sofrer uma mudança de fase, sua temperatura deixa de variar e toda energia térmica que ele receber será destinada à realização da troca de fase. A temperatura só subirá ou descerá novamente quando o corpo já se encontrar na fase seguinte.
Em física se denomina calor latente de mudança de estado (L), de uma substância, a razão entre a quantidade de calor (ΔQ) que uma substância cede, ou absorve, durante a sua mudança de fase (sem ocorrência de variação da temperatura) pela massa (m) da substância considerada.
Ou seja: L = (ΔQ / m), durante a mudança de fase.
CONCLUSÃO
Pelas experiências realizadas, pudemos, inicialmente, concluir que a mistura de gelo e sal é refrigerante. Com essa mistura obtivemos uma temperatura 10°C menor do que a medida apenas com o gelo. Isso ocorre porque, em contato com a água (sólida ou líquida), o sal tende a se dissolver. E essa dissolução é um processo endotérmico, ou seja, exige uma quantidade de energia para se concretizar. Em contato direto com o gelo, o sal extrai calor das pedras, diminuindo ainda mais a temperatura.
Observamos a inexistência de alteração na temperatura enquanto ocorre a mudança de estado. Esse é o chamado calor latente, uma grandeza física que informa a quantidade de energia térmica (calor) que uma unidade de massa de uma substância deve perder ou receber para que ela mude de estado físico, identificamos também a vaporização e condensação da água. Vaporização é conhecida como o processo onde partículas de uma substância em fase líquida recebem calor/energia suficiente para a transição do estado líquido para o estado gasoso. A condensação, também chamada de liquefação, é o processo inverso ao que se tem na vaporização, logo, corresponde à transição do estado gasoso para o estado líquido.
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA
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HALLYDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER J. Fundamentos de Física, Vol. 2: gravitação, ondas e termodinâmica. 8° Edição. Rio de Janeiro, LTC, 2011.
HAKIME, H. Por que sal no gelo esfria a cerveja mais rápido?. Disponível em: <http://super.abril.com.br/ciencia/sal-gelo-esfria-cerveja-mais-rapido-447702.shtml>. Acesso em 22 de out.2013 às 22:00.
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