Estudo_dos_gases

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
ESCOLA DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA
Princípios e Fenômenos Térmicos e Ondulatórios
Discente 1: Subturma:
Discente 2: Subturma:
Discente 3: Subturma:
Discente 4: Subturma:
Data:
Estudo dos gases
Objetivo
Neste experimento iremos estudar o comportamento de gases dentro do contexto da termodinâmica,
investigar a relação entre volume e pressão de um gás, mantendo-se a temperatura constante e verificar a
validade da Lei de Boyle e Mariotte para transformações isotérmicas.
Material
Neste experimento, é utilizado o aparelho gaseoló-
gico Emília EQ037C, apresentado na figura 1, com-
posto pela lista de itens abaixo.
1. Um tripé com haste e sapatas niveladoras;
2. Haste metálica de 400 mm;
3. Painel posicionador;
4. Parafuso micrométrico com escala espelhada e
manôpulo;
5. Seringa de vidro resistente com escala volumé-
trica;
6. Válvula;
7. Tubo de conexão;
8. Manômetro com fundo de escala 2 kgf/cm2 (30
psi).
Figura 1: Aparato experimental usado para investi-
gar propriedades dos gases à temperatura constante.
Procedimento experimental
Neste experimento iremos investigar a relação entre a pressão que um gás exerce nas paredes de um
recipiente e o volume do recipiente ocupado pelo gás. Para isto o kit mostrado na figura 1 será usado. O
volume será variado através do pistão existente na seringa de vidro e a pressão será medida pelo manômetro
disponível no kit.
Tem-se que o volume inicial do gás (ar) é aquele contido no interior do manômetro, seringa, tubo de
conexão, etc. Denomine Vo como sendo o volume inicial, não importando qual seja o seu valor. Girando o
manípulo da seringa de vidro um certo número de voltas se obtém uma redução ∆V no volume, de modo
que o volume final é
V = Vo + ∆V, (1)
sendo que nesta mesma operação, a pressão sofre um acréscimo ∆p, de tal forma que a nova pressão será
p = po + ∆p, (2)
onde po é a pressão atmosférica. Pela Lei de Boyle, sabe-se que
poVo = pV ⇒ poVo = (po + ∆p)(Vo −∆V ), (3)
logo
Vo =
(
po
∆p
+ 1
)
∆V. (4)
Esta relação será útil no decorrer do experimento.
Para realizar o experimento de forma satisfatória, siga os passos abaixo:
� Nunca ultrapasse a pressão de 1,6 kgf/cm2 medida pelo manômetro;
� Durante o experimento fique atento ao êmbolo da seringa de vidro. Não deixo que o
mesmo chegue até o final do curso, assim você evitará danos à estrutura da seringa;
� Inicialmente, abra a válvula elevando o êmbolo da seringa, introduzindo, assim, uma determinada
quantidade de ar no sistema até que o volume da seringa fique entre 16 ml e 17 ml. Em seguida, feche
a válvula, confinando um volume Vo de gás no sistema;
� Gire o manípulo para ajustar a referência do zero e minimizar a folga na base do embôlo;
� Dê quatro voltas no manípulo e, como sendo sua medida 1, anote, na tabela 1, o volume ocupado pelo
gás e a pressão registrada no manômetro (pressão manométrica). A cada volta do manípulo ocorrerá
uma variação de 0,45 ml no volume do gás aprisionado. Desta forma,
∆V = 4 voltas · 0, 45 ml
volta
= 1, 80ml; (5)
� Para cada medida dê quatro voltas no manípulo, anotando o volume e a pressão medida no manômetro,
preenchendo a tabela 1.
� Ao iniciar o processo, o ar no interior da seringa estava submetido à pressão atmosférica. Sendo assim,
para todas as medidas, a pressão total será a soma da pressão manométrica com a pressão atmosférica,
que pode ser tomada como 1 kgf/cm2, aproximadamente;
� Cuidado: durante as medidas e preenchimento da tabela 1 sempre verifique as duas observações em
negrito acima.
Tabela 1: Resultados experimentais.
Medida Volume V (ml) Pressão manométrica (kgf/cm2) Pressão total (kgf/cm2)
1 Vo
2 Vo − 1, 80
3
4
5
6
7
Resultados
Nesta seção você deverá responder os questionamentos com base na teoria vista em sala de aula e nos
dados obtidos no laboratório.
2
Atividade 1 - Cálculo do volume inicial Vo
(a) Considere VN (N = 0 , 1, 2, 3, ...7) o volume do sistema da medida N , ∆VN = Vo − VN a variação de
volume do sistema desde a situação inicial (N = 0) até uma medida qualquer N e ∆pN = pN − po a
variação de pressão que o gás está submetido desde a pressão inicial (po) até a pressão da medida N
(pN ). Usando a fórmula deduzida na seção anterior, preencha a tabela 2.
Tabela 2: Cálculo do volume inicial.
Medida ∆VN (ml) Pressão manométrica (kgf/cm2) Pressão total (kgf/cm2) Vo (ml)
1
2
3
4
5
6
7
(b) Qual a sua conclusão sobre os valores de Vo?
Atividade 2 - Estudo da relação P vs. V
(a) Considere o valor de Vo como o valor médio da última coluna da tabela 2. Em seguida preencha a
tabela 3.
Tabela 3: Relação p× V .
Medida VN (ml) Pressão total (kgf/cm2) pN · VN (J) Inverso do volume 1/VN (ml−1)
1
2
3
4
5
6
7
3
(b) Qual a sua conclusão para os valores de pN · VN? Use a teoria dos gases ideais vista em sala de aula.
(c) Usando os dados da tabela 3 faça o gráfico na figura 2, na escala linear, da pressão em função do volume.
Fr
ee
 M
ul
ti-
W
id
th
 G
ra
ph
 P
ap
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 fr
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in
co
m
pe
te
ch
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om
/g
ra
ph
pa
pe
r/m
ul
tiw
id
th
/
Figura 2: Resultado experimental da pressão em função do volume à temperatura constante.
4
(d) Com os dados da tabela 3 faça o gráfico na figura 3, na escala linear, da pressão em função do inverso
do volume.
Fr
ee
 M
ul
ti-
W
id
th
 G
ra
ph
 P
ap
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 fr
om
 h
ttp
://
in
co
m
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.c
om
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pa
pe
r/m
ul
tiw
id
th
/
Figura 3: Resultado experimental da pressão em função do inverso do volume à temperatura constante.
(e) Qual é a equação matemática que fica mais próxima dos resultados experimentais do item (d)? Desenhe
esta curva sobre o gráfico experimental e calcule seus parâmetros/constantes. Qual o significado físico
das constantes desta equação?
5
(f) Interprete, de forma qualitativa e quantitativa, o que ocorre com a pressão quando 1V → 0 no resultado
do item (e) e escreva suas conclusões.
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PÁGINA PARA SER PREENCHIDA E ENTREGUE PELO GRUPO AO PROFESSOR AO FINAL DA
AULA DE LABORATÓRIO
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Tabela 1: Resultados experimentais.
Medida Volume V (ml) Pressão manométrica (kgf/cm2) Pressão total (kgf/cm2)
1 Vo
2 Vo − 1, 80
3
4
5
6
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