Atividade Prática de Física Termodinâmica e Ondas 1504285

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Atividade Prática de Física – Termodinâmica e Ondas 
 
J.E. Silva 
Centro Universitário Internacional - Uninter 
Edusol - Uberaba – Av. Cel. José H. dos Santos 2801 – CEP: 81570 – 000 Curitiba – Paraná – Brasil. 
E-mail: julianoeduardo@ig.com.br 
 
Resumo. Nesta atividade prática da disciplina de Física-Termodinâmica e Ondas serão realizados 
experimentos referentes a densidade e flutuabilidade, pressão e volume de gases, calor especifico 
de metais e mudanças de estado físico. para cada um dos experimentos serão abordadas as 
fundamentações teóricas com exemplos práticos. 
Palavras chave: Densidade, massa, volume, metais, pressão. Gases, calor e estado físico. 
 
 
 
Introdução 
 
 
De acordo com as orientações contidas no roteiro de estudo disponibilizado através do AVA - Uninter para 
realização desta atividade prática, os temas serão divididos em quatro experimentos. 
-LAB 20 – Densidade e Flutuabilidade: Aplicação do princípio de Arquimedes 
-LAB 21 – Pressão e Volume de Gases: Propriedade dos gases, estudos de Robert Boyle. 
-LAB 22 – Calor Específico de Metais: Quantidade de calor e variação de temperatura em substancias. 
-LAB 23 – Mudanças de Estado Físico: Pontos de fusão e evaporação de substâncias. 
 
 
Procedimento Experimental – 20 Densidade e Flutuabilidade. 
 
Estima-se que o matemático grego Arquimedes tenha descoberto a relação entre a quantidade de agua 
deslocada por um corpo dentro desta agua e que uma outra força também o deixava mais leve.Com a 
utilização do software e do manual de utilização do Virtual Physics (Virtual LAB) , iniciamos o estudo 
através da realização do experimento de densidade e flutuabilidade onde serão identificados quais objetos 
podem boiar ou afundar dependendo das suas características físicas, e do liquido utilizado. 
 
 
Problemas propostos no experimento: 
 
A partir das medições como determina-se o volume da bola de gelo? 
Resposta: O volume da bola de gelo pode ser calculado através da relação matemática Volume = Massa / 
densidade. 
 
De que maneira é calculada a massa do etanol e do béquer? 
Resposta: Com a utilização do Virtual LAB, o cálculo da massa do béquer pela balança do software. 
Para a massa do etanol utilizamos: Peso béquer + peso etanol = peso total. 
Peso total – peso do béquer / força da gravidade. 
 
Oque determina se um objeto afunda ou flutua? 
Resposta: A distribuição de massa é o determinante para a flutuação ou afundamento de um objeto, essa 
distribuição é denominada densidade. Maior concentração de massa em área menor causa afundamento. 
 
Previsões do experimento: 
 
Qual sólido flutua no experimento? 
Resposta: Neste experimento o sólido que flutua sobre o azeite é a madeira. Durante a realização dos 
experimentos com a utilização do Virtual LAB, foi possível identificar que a madeira possui a menor massa 
consequentemente gerando menor volume deslocado de liquido deslocado. A massa da madeira mais a 
gravidade se mostraram menores que a força de empuxo. 
 
O que aconteceria se o cilindro fosse preenchido com azeite e agua ao mesmo tempo? 
Resposta: Ao preenchermos os cilindros com as duas substancias ao mesmo tempo, identificamos que a 
agua se desloca para o fundo do recipiente por ter uma densidade maior do que o azeite que por sua vez 
permanecerá na parte superior devido a densidade menor. 
 
Conclusões do experimento: 
 
Situação proposta no roteiro de experimentos do manual do Virtual LAB: 
 
O que observaríamos caso tivéssemos os três sólidos e os três líquidos misturados no mesmo cilindro ao 
mesmo tempo. 
Resposta: Nos materiais sólidos de cima para baixo teríamos a madeira o gelo e o alumínio. 
 Nas substancias liquidas teríamos o etanol o azeite e a água. 
Essa determinação foi efetuada com base nas tabelas de dados gerados durante a realização dos 
experimentos onde foi possível verificar que os materiais caso estivessem em um mesmo cilindro estariam 
posicionado de acordo a sua densidade, ou seja, sólidos e líquidos com maior densidade em baixo. 
 
Tabelas de Dados: 
 
 
 
 
 
Bancada de Experimentos de Densidade e Flutuabilidade Virtual LAB: 
 
 
Procedimento Experimental – 21 Pressão e volume de gases. 
 
Robert Boyle, filósofo grego estudou as propriedades dos gases ainda no século XVII, através desses 
estudos chegou à conclusão que os gases se comportam como molas ou seja, ao serem comprimidos ou 
expandidos os gases tentem a retornarem para seu estado original.Com a utilização do software e do manual 
de utilização do Virtual Physics (Virtual LAB) , iniciamos o estudo através da realização dos experimentos 
referentes a pressão e volume de gases onde serão identificados quais alterações ocorrem em um balão 
preenchido com gás quando são exercidas diferentes pressões sobre ele. 
 
Previsões iniciais do experimento: 
 
De acordo proposto no início do experimento será efetuado o aumento de pressão no balão, a expectativa 
de que com o aumento de pressão tenhamos também o aumento do tamanho do balão. 
 
Tabela de Dados: Gráfico: 
 
 
 
Conclusões do experimento: 
 
Os resultados corroboraram com a previsão inicial? 
Resposta: A realização do experimento e a obtenção dos dados apresentados na tabela e no gráfico mostram 
que a medida que aumentamos a pressão do gás tivemos uma redução no volume do balão, indicando que 
a expectativa esperada não se concluiu. 
 
Interpretação de dados: 
 
A relação entre pressão e volume é linear ou não linear? 
Resposta: O experimento apresentou uma relação linear negativa, com o aumento da variável pressão 
ocorreu a diminuição da variável volume. 
 
Previsões: 
 
O que aconteceria com o volume de um gás se diminuíssemos a pressão? 
Resposta: Com a realização do experimento, diminuindo a pressão do gás no interior do balão verificou-
se que houve aumento do volume em cm^3. 
 
Laboratório de gases: 
 
 
Procedimento Experimental – 22 Calor específico de Metais. 
 
O objetivo desse estudo é comparar o calor específico da agua com o de alguns metais tirando conclusões 
relacionadas as aplicações dessas propriedades. A quantidade de calor necessária para aumentar a 
temperatura de 1 g de determinada substância em 1 Cº, é o que chamamos calor específico dessa substância. 
Utilizando a agua nesse exemplo que tem calor específico de 4,18 J / (g . Cº) e o Virtual Physics (Virtual 
LAB) , iniciamos os estudos através da realização dos experimentos referentes ao calor específico de metais 
comuns com o calor específico da agua e como esse fenômeno afeta a variação de temperatura dessas 
substancias. 
 
Bancada de Experimentos Calorimetria: 
 
 
 
Análise e conclusão: Determinar a variação de temperatura da água. 
 
Temperatura com a colocação da amostra de alumínio: 
 
Temperatura inicial da agua: 25,00 ºC. 
Temperatura final da agua com a amostra de alumínio; 27.37ºC. 
Variação da temperatura: 2,37ºC. 
 
Temperatura com a colocação da amostra de alumínio: 
 
 
Temperatura inicial da agua: 25,00ºC. 
Temperatura final da agua com a amostra de alumínio; 29,20ºC. 
Variação da temperatura: 4,20ºC. 
 
 
Análise e conclusão: Calcular o valor (Q) adquirido pela agua utilizando o a equação. 
 
Q agua = M agua x T agua x C. 
 
Alumínio: 
Q = 99.8 x 2,37 x 4,184 = 989,62 
 
Aço: 
Q = 99.8 x 4,20 x 4,184 = 1.753,76 
 
 
 
Análise e conclusão: Sabendo que o calor adquirido pela agua é igual ao calor perdido pela água calcular 
o valor especifico do alumínio e do Aço: (Q é negativo) 
 
Alumínio: 
Temperatura inicial alumínio: 200ºC 
Temperatura inicial agua: 25.0ºC 
Temperatura final da agua: 27.37 
 
Variação de temperatura do alumínio: 200 – 27.37 = 172,63 sinal negativo. 
 
Aço: 
Temperatura inicial do Aço: 200ºC 
Temperaturainicial da agua: 25.0ºC 
Temperatura final da agua: 29.20ºC 
 
Variação de temperatura do Aço: 200 – 29.20 = 170,80 sinal negativo. 
 
Análise e conclusão: Cálculo do calor específico. 
 
- Q = M alumínio x T variação agua x C 
- Q = M Aço x T variação agua x C 
 
Alumínio: 
- 989,62 x 7.3547 x 172,63 x C 
-989,62 C = 1270,34 
C = 989,62 / 1.270,34 
C = 0,7790 J 
 
Aço: 
-1.753,76 x 23,3374 x 170,80 x C 
-1.753,76 C = 3986,02 
C = 1.753,76 / 3986,02 
C = 0,4399 J 
. 
Tabela de Dados: 
 
 
 
Aplicando conceitos: 
 
Retirando latas do congelador: 
 
Ao retirarmos duas latas de um congelador uma feita de aço e outra feita de alumínio estas estarão ganhando 
temperatura “calor”, nesse sentido o material que atingiria o ponto de equilíbrio com a temperatura externa 
primeiro seria o aço devido ao seu calor específico ser maior. 
 
Panelas de qual material são melhores: 
 
Panelas de aço teriam vantagem pois aqueceriam mais rápido usando menos energia. 
 
Prevendo: 
 
Ao aplicarmos a mesma quantidade de calor em uma massa de agua e também a mesma quantidade de calor 
a outra massa de agua igual mas com aço, a amostra que atingira a temperatura mais alta é a de menor 
massa total, nesse caso somente a de agua. 
Procedimento Experimental – 23 Mudanças de Estado Físico. 
 
 
Diversas substancias podem existir em estado sólido e estado liquido. Outras no estado liquido tem mais 
energia térmica do que se estivessem em estado sólido. Chamamos ponto de fusão a temperatura que 
ocorrem as mudanças do estado sólido para o liquido, e de evaporação quando a substancia passa do estado 
liquido para o gasoso. O objetivo neste estudo é verificar como ocorrem as mudanças, interpretar os dados 
dessas mudanças e tirar conclusões sobre essas reações. Com a utilização do Virtual Physics (Virtual LAB) 
iniciamos os estudos através da realização dos experimentos propostos referentes as mudanças de estado 
físico de substancias. 
 
 
Bancada de Experimentos Calorimetria: 
 
 
 
 
Análise e Conclusão: 
 
Realizando o procedimento experimental de acordo as orientações contidas no manual de utilização do 
Virtual LAB observamos os três estados físicos da agua (sólido, liquido e gasoso) e como a temperatura 
influencia esses estados físicos em função do tempo. 
 
Gráfico: 
 
 
Tabela de Dados: 
 
Relação de temperatura e pressão atmosférica no momento em que a água passa para o estado de vapor. 
 
 
 
 
 
 
Interpretação de gráficos: 
 
Quais estados físicos existem dentro de calorímetro a 0ºC? 
Resposta: No calorímetro existem dois estados físicos, liquido e sólido. 
 
 
Aplicando Conceitos: 
 
O que aconteceu com a temperatura enquanto havia gelo na água e porquê? 
Resposta: A temperatura continuou diminuindo devido a troca de calor entre a agua e o gelo até que 
ocorresse o equilíbrio (Fusão). 
 
 
Tirando Conclusões: 
 
O que aconteceu com a temperatura depois que o gelo derreteu e porquê? 
Resposta: Houve aumento de temperatura após o derretimento do gelo devido a troca de calor com o 
ambiente até atingir o ponto de equilíbrio. 
 
 
Aplicando Conceitos: 
 
O aquecedor continuou ligado após a água atingir seu ponto de evaporação . O que aconteceu com a 
temperatura da água nesse momento? 
Resposta: A temperatura da água se manteve a 99,70ºC após atingir o ponto de evaporação. 
 
 
Relacionando Causa e Efeito: 
 
A pressão típica do nível do mar 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 agua com pressão normal é de 100ºC. A partir de suas observações sobre 
o ponto de evaporação e pressão do ar o que você conclui? 
Resposta: A medida que temos uma redução na pressão atmosférica ou seja uma redução de esforço nas 
moléculas da água a temperatura de evaporação da água passa a ser menor que 100ºC. 
 
 
Analisando: 
 
Qual a mudança de estado físico necessitou de mais energia? Explique. 
Resposta: A mudança de estado que necessitou de mais energia foi a evaporação pois no estado gasoso as 
moléculas da agua estão afastadas e para realizar o afastamento das moléculas foi necessário o calor.