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Relatório Experimento 9 Equilibrio termico e a Curva de Aquecimento

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Universidade Estácio de Sá – CampusMacaé
	
	
	Curso: Engenharias
	Disciplina: Física Experimental II
	Código: CCE0848
	Turma: 3083
	
	
	Professor (a): Carlos Eduardo Barateiro
	Data de Realização: 04/05/2017
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	Nome do aluno (a):
Jéssica Sandre Pereira
Heinrik James Oliveira Silva
Maria Victoria Peixoto dos Santos
Thais Coelho Pires Sobrinho
Weslen Manhães Silva
	Nº de matrícula:
201601443374
201602327157
201607165066
201601443382
201602839727
Experimento 9: Equilíbrio Térmico e Curva de Aquecimento
Objetivos: 
Efetuar medição de temperatura de um corpo, conceituando os termômetros e as escalas termométricas.
Introdução teórica: 
Chamamos de Termologia a parte da física que estuda os fenômenos relativos ao calor, aquecimento, resfriamento, mudanças de estado físico, mudanças de temperatura, etc. 
Temperatura é a grandeza que caracteriza o estado térmico de um corpo ou sistema. Fisicamente o conceito dado a quente e frio é um pouco diferente do que costumamos usar no nosso cotidiano. Podemos definir como quente um corpo que tem suas moléculas agitando-se muito, ou seja, com alta energia cinética. Analogamente, um corpo frio, é aquele que tem baixa agitação das suas moléculas.
Ao aumentar a temperatura de um corpo ou sistema pode-se dizer que está se aumentando o estado de agitação de suas moléculas. Ao tirarmos uma garrafa de água mineral da geladeira ou ao retirar um bolo de um forno, percebemos que após algum tempo, ambas tendem a chegar à temperatura do ambiente. Ou seja, a água "esquenta" e o bolo "esfria". Quando dois corpos ou sistemas atingem a mesma temperatura, dizemos que estes corpos ou sistemas estão em equilíbrio térmico.
Para que seja possível medir a temperatura de um corpo, foi desenvolvido um aparelho chamado termômetro.
O termômetro mais comum é o de mercúrio, que consiste em um vidro graduado com um bulbo de paredes finas que é ligado a um tubo muito fino, chamado tubo capilar. Quando a temperatura do termômetro aumenta, as moléculas de mercúrio aumentam sua agitação fazendo com que este se dilate, preenchendo o tubo capilar. Para cada altura atingida pelo mercúrio está associada uma temperatura.A escala de cada termômetro corresponde a este valor de altura atingida.
Escala Fahrenheit: Outra escala bastante utilizada, principalmente nos países de língua inglesa, criada em 1708 pelo físico alemão Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736), tendo como referência a temperatura de uma mistura de gelo e cloreto de amônia (0°F) e a temperatura do corpo humano (100°F). Em comparação com a escala Celsius:0°C=32°F , 100°C=212°F.
Escala Celsius: É a escala usada no Brasil e na maior parte dos países, oficializada em 1742 pelo astrônomo e físico sueco Anders Celsius (1701-1744). Esta escala tem como pontos de referência a temperatura de congelamento da água sob pressão normal (0°C) e a temperatura de ebulição da água sob pressão normal (100°C).
Escala Kelvin: Também conhecida como escala absoluta, foi verificada pelo físico inglês William Thompson (1824-1907), também conhecido como Lorde Kelvin. Esta escala tem como referência a temperatura do menor estado de agitação de qualquer molécula (0K) e é calculada apartir da escala Celsius. Por convenção, não se usa "grau" para esta escala, ou seja, 0K, lê-se zero kelvin e não zero grau kelvin. Em comparação com a escala Celsius:-273°C=0K; 0°C=273K; 100°C=373K.
Escala Rankine: Esta é uma escala de temperatura assim chamada em homenagem ao engenheiro e físico escocês Willian John Macqourn Rankine, que propôs em 1859. Atribuindo o valor zero ao zero absoluto e usou o grau Fahrenheit como uma unidade de variação. A temperatura de zero absoluto, vale aproximadamente - 460 °F. O zero absoluto é como escala Kelvin, 0°Ra. Assim, a variação de um grau Ra equivale à variação de um grau F.
Materiais Utilizados: 
Tripé delta com sapatas niveladoras amortecedoras;
Haste metálica;
Agitador;
Termômetros de -10ºC a 110ºC;
Becker;
Tubo de ensaio;
Gelo picado;
Água a temperatura ambiente;
Água fervente;
Lamparina ou bico de Bunsen;
Cronômetro;
Calorímetro;
Procedimentos:
Instrumentos de Medição
Foram anotados os dados dos instrumentos de medição que foram utilizados no experimento.
Equilíbrio Instrumentos de Medição
Foram colocados 50 ml de água na temperatura ambiente dentro do Becker, e anotados seu volume na escala graduada com a respectiva incerteza;
Foi medido o valor da temperatura dessa água com a respectiva incerteza;
Foi colocada essa água dentro do Calorímetro e o fechado;
Foram colocados 50 ml de água fervente dentro do Becker, anotado seu volume na escala graduada com a respectiva incerteza;
Foi medido o valor da temperatura dessa água fervente com a respectiva incerteza;
Foram misturados os 50 ml dessa água fervente no calorímetro que já continha a água na temperatura ambiente, aguardado um minuto, foi agitado e verificado a temperatura do conjunto;
Foram colocados os 50 ml de gelo picado dentro do Becker, anotado seu volume na escala graduada com a respectiva incerteza;
Foi medido o valor da temperatura desse gelo picado com a respectiva incerteza;
Foram colocados 50 ml desse gelo picado dentro do calorímetro que já continha a mistura de água ambiente + água fervente, aguardado um minuto, foi agitado e verificado a temperatura do conjunto;
Curva de aquecimento e mudanças de estados física da água 
Foi anotado o valor da temperatura ambiente;
Foi colocado o gelo picado dentro de um tubo de ensaio; 
Aguardado cerca de dois minutos observando por fora do tubo;
Foi preso o termômetro na haste com auxílio das mufas;
Foi feito a leitura da temperatura do gelo no interior do tubo de ensaio;
Aguardado dois minutos, foi verificada a temperatura novamente;
O tubo de ensaio foi aquecido com a lamparina, verificando a temperatura no interior do tubo a cada 20 segundos enquanto houver gelo, usando sempre o agitador;
Ao derreter todo o gelo, foi verificada a temperatura e anotado o tempo em que esse gelo levou para derreter; 
Continuando a observação e anotando a temperatura e o tempo, a cada 20 segundos e anotando os resultados; 
Ao começar a levantar fervura, foram verificados e anotados a temperatura e o tempo transcorrido; 
Depois de certa fervura, foram anotadas a temperatura e o tempo e os resultados.
Dados Coletados: 
	
	Modelo
	Fabricante
	Nº de Série
	Faixa de Medição
	Resolução
	Termômetro 1
	L006/06
	INCOTERN
	-
	Até 100°
	1°
	Termômetro 2
	L006/06
	INCOTERN
	-
	Até 100°
	1°
	Cronômetro
	PC396
	SMTWTFS
	-
	Até 24 hrs
	0,01 s
	Temperatura Ambiente
	
	Temperatura
	Incerteza
	Medição
	23°
	 0,5°
	Água em Temperatura Ambiente
	
	Temperatura
	Incerteza
	Volume
	Incerteza
	Medição
	22°
	 0,5°
	50 ml
	 25 ml
	Água Fervendo
	
	Temperatura
	Incerteza
	Volume
	Incerteza
	Medição
	57°
	 0,5°
	50 ml
	 25 ml
	Gelo Picado
	
	Temperatura
	Incerteza
	Volume
	Incerteza
	Medição
	4°
	 0,5°
	50 ml
	 25 ml
	Mistura da Água em Temperatura Ambiente com Gelo Picado
	
	Temperatura
	Incerteza
	Medição
	12°
	 0,5°
	Mistura da Água em Temperatura Ambiente, Água Fervendo e Gelo Picado
	
	Temperatura
	Incerteza
	Medição
	20°
	 0,5°
	Água em Temperatura Ambiente
	
	Termômetro
	Incerteza
	Intervalo de Tempo
	Incerteza
	Medição 1
	0°
	 0,5°
	A cada 20 s
	 0,005 s
	Medição 2
	0°
	 0,5°
	A cada 20 s
	 0,005 s
	Medição 3
	0°
	 0,5°
	A cada 20 s
	 0,005 s
	Medição 4
	0°
	 0,5°
	A cada 20 s
	 0,005 s
	Medição 5 
	6°
	 0,5°
	A cada 20 s
	 0,005 s
	Medição 6
	10°
	 0,5°
	A cada 20 s
	 0,005 s
	Medição 7
	17°
	 0,5°
	A cada 20 s
	 0,005 s
	Medição 8
	24°
	 0,5°
	A cada 20 s
	 0,005 s
	Medição 9
	33°
	 0,5°
	A cada 20 s
	 0,005 s
	Medição 10
	45°
	 0,5°
	A cada 20 s
	 0,005 s
	Medição 11 
	53°
	 0,5°
	A cada 20s
	 0,005 s
	Medição 12
	64°
	 0,5°
	A cada 20 s
	 0,005 s
	Medição 13
	73°
	 0,5°
	A cada 20 s
	 0,005 s
	Medição 14
	85°
	 0,5°
	A cada 20 s
	 0,005 s
	Medição 15
	96°
	 0,5°
	A cada 20 s
	 0,005 s
Gráfico:
Vimos com o gráfico acima que a temperatura do gelo não sofreu alteração durante os 80 primeiros segundos experimento, enquanto a água quente inicialmente alterou em 7° C, e continuou subindo gradativamente.
Isso é explicado pelo termo: entropia. A variação de entropia de um processo reversível, em função do calor trocado, Q, e da temperatura, T, do sistema, é calculada como:
No entanto, se o processo for isotérmico, isto é, ocorrer à temperatura constante, sua variação de entropia pode ser calculada por:
Note que, sendo a temperatura, T, constante, o calor recebido ou dado, Q, vai ser utilizado para alterar a estrutura do sistema, não para aquecer ou resfriar o sistema. 
Por exemplo, no caso do gelo derretendo-se espontaneamente, sabemos que a temperatura se mantém constante e igual à temperatura de fusão do gelo, a qual, em condições ideais, é de 0°C. Com isso, todo o calor fornecido pelo meio ambiente envolvente será utilizado para alterar as ligações entre as moléculas de água no gelo, de forma que elas passem do arranjo mais ordenado e rígido do gelo para a forma mais desordenada e fluída da água.
Conclusões:
Foram informadas as médias com suas respectivas incertezas.
Água em temperatura ambiente: 22° 0,5°;
Água fervendo: 57° 0,5°;
Gelo Picado: 4° 0,5°;
Mistura da água ambiente, água fervendo e gelo picado: 20° 0,5°;
Mistura da água ambiente com gelo picado: 12° 0,5°;
Volume de cada item citado acima: 50ml 25ml;
Observou - se que o que os dois corpos estavam com temperaturas diferentes, sendo que o que continha maior temperatura esfriou e o que estava com menor temperatura esquentou, gerando assim um estado de equilíbrio térmico dos à temperatura final é chamada de temperatura de equilíbrio. Isso ocorre porque o corpo de maior temperatura fornece certa quantidade de energia térmica para o de menor temperatura, essa energia quando esta em transição de um corpo a outro e chamada de calor.
Foi observado também que a água em temperatura ambiente ganhou calor e a água fervente perdeu. Assim como o gelo ganhou calor e a mistura água ambiente e água fervente perdeu calor. 
Quando o gelo derreteu, a água liquida veio do próprio Gelo. A água possui diferentes estados conforme sua temperatura, a partir do momento água congelada foi exposta ao calor, teve-se uma mudança do estado solido para o liquido.
Ao retirar do freezer uma vasilha de alumínio, cria-se ao redor dela uma fina camada de gelo, isso ocorre porque o alumínio possui capacidade superior de transferência de temperatura para o ambiente externo. Quando a vasilha é colocada em contato com ar, as moléculas de água que estão no ar e junto a vasilha tornam gelo. 
Verificou-se também que os resultados do experimento se comparados ao teórico, apesar de sua discrepância, não ocorreu de ser significativa, apesar da sua diferença e erro encontrado, que podem ter ocorrido na realização do experimento com uso de alguns dos instrumentos. Por fim, o experimento teve sua importância, na qual aprendemos no experimento de Equilíbrio Térmico e Curva de Aquecimento, seus diferentes materiais e como calcular.

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