649741_LEI DE RESFRIAMENTO DE NEWTON-2

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LEI DE RESFRIAMENTO DE NEWTON
1. Introdução
Quando dois objetos, com temperaturas diferentes, são colocados em contato térmico, há transferência de calor do objeto mais quente para o mais frio, até ambos atingirem a mesma temperatura.
Para um sólido em contato térmico com um fluido, a taxa de resfriamento é dada por
	, (1)
em que T é a diferença entre a temperatura da superfície do sólido e do fluido. A constante k depende de vários fatores – de a superfície ser plana ou curva, ou ainda, de ser vertical ou horizontal; de o fluido ser um gás ou um líquido; da densidade, da viscosidade, do calor específico e da condutividade térmica do fluido, entre outros. Essa relação é conhecida como Equação de Newton para o resfriamento.
Sendo T0 a diferença de temperatura entre o objeto e a vizinhança no instante inicial t=0, mostre que, após um tempo t, a diferença de temperatura T entre eles é
, (2)
em que T é a temperatura do objeto e Ta é a temperatura do ambiente em torno dele.
2. Parte Experimental
Objetivo: Verificar o decaimento exponencial da temperatura em função do tempo e determinar o valor de k.
Material utilizado: recipiente de alumínio, água, aquecedor elétrico, termômetro e cronômetro.
Procedimentos:
1. Meça e anote a temperatura ambiente. Ta=___________________.
2. Coloque o aquecedor e o termômetro no recipiente com água e espere o termômetro atingir, aproximadamente, 94°C. Desligue o aquecedor, retire o recipiente do mesmo e coloque sobre uma base isolante.
3. Espere a temperatura alcançar 90 ºC e meça o tempo decorrido para variações de temperatura de 2 em 20C até 60 ºC. Anote os resultados na Tabela 1.
Tabela 1: Temperatura da água em função do tempo.
	t(s)
	T(0C)
	T - Ta(0C)
	ln(T–Ta)
	0
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
4. Faça o gráfico T versus t e veja se a curva obtida pode ser uma exponencial.
5. O gráfico ln(T – Ta) versus t é linear com coeficiente angular igual a –k. (Para entender a relação linear de ln(T – Ta) versus t, é só retornar a uma das passagens feitas para obter a expressão (2)). Então, construa este gráfico e determine k.
Bibliografia:
A. A. Campos, E. S. Alves, N. L. Speziali, Física Experimental Básica na Universidade, UFMG, 2ª edição.
http://www.icei.pucminas.br/downloads-dos-departamentos.