AP física termodinâmica

Prévia do material em texto

ATIVIDADE PRÁTICA DE
FÍSICA – TERMODINÂMICA E ONDAS
Luciana Franco Crestani dos Santos
Centro Universitário Uninter 
Gravataí – Rua Cel. Sarmento 1097/01 – CEP: 94010-31 – Gravataí – RS- Brasil
e-mail: luciana-crestani@bol.com.br
Experimento 20
Densidade e flutuabilidade
Objetivo 
 
Aprender a distinguir quando um objeto irá boiar ou afundar.
Introdução
 
Neste experimento, podemos observar conceitos de massa, peso, densidade e flutuabilidade. 
Foram feitos testes com diversos materiais e fluidos para que descobrir por que alguns corpos flutuam e outros afundam.
Tabela1
	
Amostra
	
Massa da amostra (kg)
	
Volume do fluido virtual (mL)
	
Volume do fluido virtual + amostra (mL)
	
Volume da amostra (mL)
	
Peso do sólido (N)
	
Densidade (g/mL)
	Empuxo exercido pelo óleo de oliva (azeite) (N)
	Gelo
	0,0174
	228
	247
	19
	0,17052
	0,91579
	0,16702
	Alumínio
	0,0399
	228
	243
	15
	0,03910
	2,66000
	0,13186
	Madeira (pinheiro)
	0,0107
	227
	244
	17
	0,10486
	0,62941
	0,14944
Tabela2
	
Amostra
	Volume da amostra (mL)
	Massa do béquer vazio (g)
	Massa do béquer + amostra (g)
	Massa da amostra (g)
	Densidade (g/mL)
	Etanol
	226
	101,31
	230,682
	129,372
	0,572442478
	Água
	229
	101,31
	330,887
	229,577
	1,002519651
	Azeite
	228
	101,31
	305,943
	204,633
	0,897513158
Análise e conclusão
 
Todo corpo mergulhado num líquido recebe por parte do líquido a ação do empuxo, que é uma força dirigida verticalmente de baixo pra cima. A intensidade do empuxo é igual ao peso do volume do líquido deslocado
Sabendo que o que determina quando um objeto afunda ou flutua e a densidade, torna-se de suma importância fazer os cálculos dela. Para tal é preciso conhecer a massa e o volume do objeto. 
Para cada objeto ou fluído encontramos a densidade, conforme as tabelas acima, e concluímos que para o objeto afundar ou flutuar, analisamos a densidade do objeto e a densidade do meio em que está colocado. 
Se o objeto tem a densidade maior que a densidade do fluído, ele irá afundar. 
E se o objeto tem densidade menor que a densidade do fluído, ele irá flutuar. 
Observamos os cálculos da força de empuxo, que atua contrária ao peso do objeto, ajudando também na análise de flutuabilidade, pois se o peso (massa x gravidade) for menor que o empuxo, o objeto irá flutuar. 
Sendo o peso maior que a força de empuxo, irá afundar. 
LABORATÓRIO 21
PRESSÃO E VOLUME DE GASES
 
Objetivo
Descobrir como o volume de um balão, preenchido com gás, é afetado ao exercermos diferentes pressões sobre ele.
Introdução 
O filósofo e teólogo Robert Boyle estudou as propriedades dos gases no século XVII. 
A lei de Boyle-Mariotte afirma que à temperatura constante para uma quantidade fixa de massa, a pressão absoluta e o volume de um gás são inversamente proporcionais. A lei também pode ser definida de uma maneira um pouco diferente: que o produto entre volume e pressão é sempre constante.
Ele percebeu que os gases se comportavam como molas. Ao comprimir ou expandir, os gases tendem a voltar ao seu volume original. Boyle estudou a relação entre a pressão e o volume de um gás e resumiu seus resultados no que hoje são as chamadas de leis de Boyle. 
 
	Pressão (kPa)
	Volume (cm3)
	100
	7436
	200
	3718
	300
	2478
	400
	1859
	500
	1487
	600
	1239
	700
	1062
Conclusão 
Observando os dados abaixo coletados a partir dos experimentos, chegamos à conclusão de que à medida que a pressão aumenta, o volume do gás diminui. 
A relação entre volume e pressão é proporcional e linear. 
LABORATÓRIO 22
CALOR ESPECÍFICO DE METAIS
Objetivo 
Comparar o calor específico da água com o de alguns metais comuns e tirar 
conclusões relacionadas à aplicação dessas propriedades. 
 
Introdução 
 
Neste experimento, foi comparado o calor específico de metais comuns com o calor específico da água. E o calor especifico afeta a variação de temperatura de uma substância. 
Algumas substâncias necessitam de mais calor para aumentar sua temperatura em relação a outras. A quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de 1g de certa substância em 1 °C é o que chamamos de calor específico dessa substância. A água, por exemplo, tem calor específico de 4.18 J/(g · °C)
	
	Alumínio
	Aço
	Massa de metal (g)
	7,3546
	23,3374
	Volume de água (mL)
	100
	100
	Massa de água (g)
	99,8
	99,8
	Temperatura inicial da água (°C)
	25
	25
	Temperatura inicial do metal (°C)
	200
	200
	Temperatura máxima da água + amostra (°C)
	27,39
	29,2
	Calor específico (J/[g · °C])
	0,786
	0,44
Analisando a variação de temperatura da água, ela ganha calor portanto para os cálculos os valores são positivos, entretanto os metais em contato com a água, perdem calor e ficam nos cálculos de calor específico com a temperatura negativa. 
 
Variação de temperatura da água quando colocado a amostra de metal, calculando: 
 
Temperatura inicial: 25 ºC
Temperatura final com a amostra de alumínio: 27,39 ºC 
Variação de temperatura: 2,39 ºC
Temperatura inicial: 25 ºC
Temperatura final com a amostra de Aço: 29,20 ºC
Variação de temperatura: 4,2 ºC 
** A água ganha temperatura 
 
A água neste processo recebe calor, portanto sua equação será : 
Com alumínio 
Q = m x ∆t x C 
Q= 99,8 x 2,39 x 4.18 4 
Q = 997,98 J 
Com Aço 
Q = m x ∆t x C 
Q= 99,8 x 4,2 x 4.184 
Q = 1.753,76 J 
Já os metais neste processo, perdem calor e sua equação fica: 
 
Variação de temperatura do metal, quando colocado na água:
O Alumínio 
Temperatura inicial: 200 ºC 
Temperatura final quando colocada na água: 27,39 ºC
Variação de temperatura do Alumínio: -172,61 (o sinal negativo indica a perda de temperatura)
O Aço 
Temperatura inicial: 200º C
Temperatura final quando colocada na água: 29,20 ºC
Variação de temperatura do Alumínio: -170,80 ºC (o sinal negativo indica a perda de temperatura)
 
Para o Alumínio
-Q = m x ∆t x C 
-997,98 = 7,3546 x (27,39 - 200) x C
-1.269,48 C = -997 ,98 
C = 0,786 J
Para o Aço 
- 1.753,76 = 23,3 374 x (29,20 – 200) x C
-3.986,03 C = -1.7 53,76
C = 0,44 J
Baseado neste experimento, podemos deduzir que as panelas de aço inox, serão panelas que irão esquentar mais rápido, pois seu calor específico e mais baixo que do alumínio e portanto serão mais rápidas gerando economia de tempo e energia para o preparo dos alimentos sendo mais eficientes. 
As panelas de Alumínio precisam de mais calor. Seu calor especifico é mais alto perdem calor para o meio também com mais facilidade. 
Para o caso contrário (ganhando temperatura), latas de alumínio e de aço que são retiradas do congelador, perdem calor para o ambiente, tendendo ao equilíbrio. Mais rápido o aço inox que as latas de alumínio. 
Experimento: 
Aplicando a mesma quantidade de calor, em dois casos diferentes. O primeiro caso somente água, e no segundo caso água e aço, observamos que: 
Q=M x ∆t x C
Isolando ∆t, temos que ∆t = __Q _ 
A variação de temperatura é inversamente proporcional à M x C massa. 
Quem possuir menor massa, terá maior temperatura.
Diferença entre as amostras Q = 409,13J
LABORATÓRIO 23
MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO
 
Objetivo
 
Estudar as mudanças do estado físico da água: do estado sólido ao estado líquido e ao estado gasoso. 
 
Introdução
Muitas substâncias podem existir tanto no estado sólido quanto no estado líquido. 
Uma substância no estado líquido tem energia térmica maior em relação ao estado sólido. O ponto de fusão designa a temperatura na qual uma substância passa do estado sólido ao estado líquido. As moléculas que constituem um gás contêm mais energia térmica do que as moléculas da mesma substância no estado líquido. As moléculas de um gás estão mais espaçadas umas das outras em relação às moléculas de um líquido. A transição da forma líquida para a gasosa é chamada de evaporação eocorre quando fervemos um líquido. O ponto de fusão e o ponto de evaporação são 
Dentro do calorímetro a 0º existem dois estados físicos, sólido e líquido. 
 
Aplicando conceitos
 
O que aconteceu com a temperatura enquanto ainda havia gelo na água? Por quê? 
A temperatura diminuiu porque ocorreu troca de calor entre o gelo e a água, até atingir a temperatura mínima da água, antes de se tornar sólido, depois a temperatura subiu até a temperatura ambiente do líquido (ponto de fusão). 
Depois que o gelo derreteu a temperatura aumentou. 
O aquecedor continuou ligado após a água atingir seu ponto de evaporação. A água manteve a mesma temperatura. 
Relacionando causa e efeito
A pressão típica, normal, do ar no nível do m ar é de 760 Torr. Essa pressão pode variar ±15 Torr dependendo do clima. Por exemplo, a pressão diminui em meio a uma tempestade e aumenta quando o clima está bom, com o céu limpo.
 O ponto de evaporação da água com pressão normal é de 100 °C. A partir de sua s observações sobre o ponto de evaporação e a pressão do ar, o que você conclui? 
Quanto menor a pressão do ar, menor o esforço das moléculas, e menor o ponto de ebulição da água. 
Analisando 
Na vaporização, precisa de mais energia, porque assim acontecem as quebras intermoleculares, sendo que no estado gasoso as moléculas estão mais afastadas umas das outras, do que no estado líquido.