Relatório 06 Resfriamento de Newton 2

Prévia do material em texto

UNESA LABORÁTORIO DE FÍSICA EXPERIMENTAL II
UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ
CAMPUS: NOVA FRIBURGO
EXPERIMENTO Nº:06
 
Resfriamento de Newton 
TURMA: Sexta-feira
Objetivo
Determinar o tempo de resfriamento do fluído água utilizando diferentes quantidades de massa. Relacionar o tempo de resfriamento e a constante de resfriamento com a massa
Introdução Teórica
Quando um corpo “mais quente” é colocado em contato com um corpo “mais frio”, ocorre um fluxo de calor do primeiro para o segundo, até que um estado estacionário é atingido, chamado de equilíbrio térmico. Em outras palavras, dois sistemas estão em equilíbrio térmico somente quando se encontram à mesma temperatura. Dois sistemas nos quais a temperatura seja homogênea em todos os seus pontos, supondo que a temperatura do primeiro sistema (agua) seja T, e que a temperatura do segundo sistema (ambiente) seja Ta. Coloca-se os dois sistemas em contato, se T >Ta, então, haverá fluxo de calor da água para o ambiente. 
Quando a diferença de temperaturas (T – Ta) não é muito grande, uma quantidade de calor dQ é transferida da água para o ambiente, durante um intervalo de tempo dt, de modo que a taxa de transferência de calor ou corrente de calor H é proporcional à diferença de temperaturas, isto é,
(1) em que α é uma constante que depende da condutividade térmica entre os sistemas e A é a área de contato. A água, de massa m e calor específico c, transfere para o ambiente, durante esse intervalo de tempo, a quantidade infinitesimal de calor dQ = - m c dT , (2) em que dT corresponde à variação de temperatura, devido ao resfriamento da água. Então, pode-se escrever:
(3) em que k é uma constante característica dos sistemas. 
Supondo que a água esteja à temperatura To no instante inicial to, e à temperatura T no instante t >to, integra-se a equação diferencial
obtendo-se a relação:
(4) conhecida como “Lei de Resfriamento de Newton”.
Materiais
- Termômetro 
- Cronômetro 
- Recipiente com Água 
- Aquecedor
Introdução Experimental 
1º Passo– Utilizando o nível bolha, confirmamos se o tripé de apoio para a base do painel com vasos comunicantes se encontrava no nível; 
2º Passo-Aquecer um pouco de água dentro de um recipiente e depois colocá-lo dentro do bécher;
3º Passo- Após, colocamos um termômetro, onde aferimos a temperatura máxima da água;
4º Passo- Em seguida, com intervalos de tempo de 30 segundos anota-se os valores da temperatura do termômetro durante 10 minutos consecutivos, totalizando 20 medidas;
5º Passo- Pesar o bécher com após as medições; Repetir o experimento por mais duas vezes.
Resultados
Tabela 1 Experimento I, com massa igual à 75ml
	Temp Med
	Temp. Amb
	Temp (s)
	(T-tamb)
	Temp. Inicial (T0)
	ln(D/E)
	F/-t
	75
	
	0
	
	
	
	K 
	72
	26
	30
	46
	75
	-0,488846717
	0,016294891
	70
	26
	60
	44
	75
	-0,53329848
	0,008888308
	68
	26
	90
	42
	75
	-0,579818495
	0,006442428
	65
	26
	120
	39
	75
	-0,653926467
	0,005449387
	64
	26
	150
	38
	75
	-0,679901954
	0,00453268
	62,5
	26
	180
	36,5
	75
	-0,720175853
	0,004000977
	61
	26
	210
	35
	75
	-0,762140052
	0,003629238
	60
	26
	240
	34
	75
	-0,791127589
	0,003296365
	58,5
	26
	270
	32,5
	75
	-0,836248024
	0,003097215
	57
	26
	300
	31
	75
	-0,883500909
	0,002945003
	56
	26
	330
	30
	75
	-0,916290732
	0,002776639
	55
	26
	360
	29
	75
	-0,950192284
	0,002639423
	54,5
	26
	390
	28,5
	75
	-0,967584026
	0,002480985
	53,5
	26
	420
	27,5
	75
	-1,003302109
	0,002388815
	52
	26
	450
	26
	75
	-1,059391576
	0,002354204
	51
	26
	480
	25
	75
	-1,098612289
	0,002288776
	50
	26
	510
	24
	75
	-1,139434283
	0,002234185
	49,5
	26
	540
	23,5
	75
	-1,160487692
	0,002149051
	48,5
	26
	570
	22,5
	75
	-1,203972804
	0,002112233
	48
	26
	600
	22
	75
	-1,22644566
	0,002044076
	
	
	
	
	
	
	media dos k 
	
	
	
	
	
	
	0,004102244
Obs: Todas as temperaturas estão em Celsius. O tempo está marcado em segundos.
Tabela 2 Experimento II, com massa igual à 100ml
	Temp Med
	Temp. Amb
	Temp (s)
	(T-tamb)
	Temp. Inic (T0)
	ln(D/E)
	F/-t
	80
	
	0
	
	
	
	K 
	78
	26
	30
	52
	80
	-0,430782916
	0,014359431
	76
	26
	60
	50
	80
	-0,470003629
	0,007833394
	74,5
	26
	90
	48,5
	80
	-0,500462837
	0,005560698
	72,5
	26
	120
	46,5
	80
	-0,542574322
	0,004521453
	71
	26
	150
	45
	80
	-0,575364145
	0,003835761
	69,5
	26
	180
	43,5
	80
	-0,609265697
	0,003384809
	68
	26
	210
	42
	80
	-0,644357016
	0,003068367
	66,5
	26
	240
	40,5
	80
	-0,680724661
	0,002836353
	65,5
	26
	270
	39,5
	80
	-0,705725963
	0,0026138
	64,5
	26
	300
	38,5
	80
	-0,731368393
	0,002437895
	63
	26
	330
	37
	80
	-0,771108722
	0,002336693
	62
	26
	360
	36
	80
	-0,798507696
	0,002218077
	61
	26
	390
	35
	80
	-0,826678573
	0,002119689
	60,5
	26
	420
	34,5
	80
	-0,841067311
	0,002002541
	60
	26
	450
	34
	80
	-0,85566611
	0,00190148
	59
	26
	480
	33
	80
	-0,885519073
	0,001844831
	58
	26
	510
	32
	80
	-0,916290732
	0,001796648
	57
	26
	540
	31
	80
	-0,94803943
	0,001755629
	56,5
	26
	570
	30,5
	80
	-0,964299951
	0,001691754
	56
	26
	600
	30
	80
	-0,980829253
	0,001634715
	
	
	
	
	
	
	media dos k 
	
	
	
	
	
	
	0,003487701
Obs: Todas as temperaturas estão em Celsius. O tempo está marcado em segundos.
Tabela 3 Experimento III, como massa igual à 150ml
	Temp. Medi
	Temp. Amb
	Temp (s)
	(T-tamb)
	Temp. Inic. (T0)
	ln(D/E)
	F/-t
	81
	 
	0
	 
	 
	 
	K 
	79,5
	26
	30
	53,5
	81
	-0,414767501
	0,013825583
	78
	26
	60
	52
	81
	-0,443205436
	0,007386757
	76,5
	26
	90
	50,5
	81
	-0,472475818
	0,005249731
	75
	26
	120
	49
	81
	-0,502628857
	0,004188574
	74
	26
	150
	48
	81
	-0,523248144
	0,003488321
	73
	26
	180
	47
	81
	-0,544301553
	0,003023898
	72
	26
	210
	46
	81
	-0,565807758
	0,002694323
	71
	26
	240
	45
	81
	-0,587786665
	0,002449111
	70
	26
	270
	44
	81
	-0,610259521
	0,00226022
	69
	26
	300
	43
	81
	-0,633249039
	0,00211083
	68
	26
	330
	42
	81
	-0,656779536
	0,001990241
	67
	26
	360
	41
	81
	-0,680877088
	0,001891325
	66,5
	26
	390
	40,5
	81
	-0,693147181
	0,0017773
	65,5
	26
	420
	39,5
	81
	-0,718148483
	0,001709877
	65
	26
	450
	39
	81
	-0,730887509
	0,001624194
	63,5
	26
	480
	37,5
	81
	-0,770108222
	0,001604392
	63
	26
	510
	37
	81
	-0,783531242
	0,001536336
	62
	26
	540
	36
	81
	-0,810930216
	0,001501723
	61,5
	26
	570
	35,5
	81
	-0,824916458
	0,001447222
	61
	26
	600
	35
	81
	-0,839101093
	0,001398502
	 
	 
	 
	 
	 
	 
	media dos k 
	 
	 
	 
	 
	 
	 
	0,003157923
Obs: Todas as temperaturas estão em Celsius. O tempo está marcado em segundos.
Conclusão
Podemos observar durante o experimento que o equilíbrio térmico é alcançado quando a diferença entre a temperatura do corpo analisado e a temperatura ambiente vai se tornando cada vez menor, até que se torne desprezível. Portanto, a taxa de variação da temperatura varia de acordo com o sistema analisado, bem como o tempo necessário para que o equilíbrio seja alcançado. Foi possível observar também que quanto maior a massa menor a velocidade do resfriamento.
Bibliografia
-HALLIDAY, RESNICK, WALKER; Fundamentos da Física, Vol. 2, 8ª Edição, LTC, 2009.