Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
1 Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas (Realizado no dia 14 de Agosto de 2017) Cruz das Almas- BA 2 RELATÓRIO DA AULA PRÁTICA DE FÍSICA II A transformação isotérmica, a lei de Boyle-Mariotte Cruz das Almas- BA Este trabalho analisa experimentalmente, a lei de Boyle-Mariotte, reconhecendo o volume de um gás em função da pressão mantendo-se constante a temperatura. Docente: Manasses Gomes 201420173 - Ana Carolina Silva Pinto 201111069 - Diego Nascimento Araújo 201510880 - Keilla Maiana de Jesus Santos 201610307- Paula Nunes Cordeiro 201110453 - Victor Hugo Costa Sena Guedes 3 Sumário INTRODUÇÃO ................................................................................................................................ 4 OBJETIVOS ..................................................................................................................................... 6 MATERIAL UTILIZADO .................................................................................................................... 7 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL .................................................................................................. 8 RESULTADOS E DISCUSSÃO ........................................................................................................... 9 CONCLUSÃO ................................................................................................................................ 12 REFERÊNCIAS ............................................................................................................................... 13 Anexos ......................................................................................................................................... 14 4 INTRODUÇÃO No estudo dos gases, temos que estudar suas três grandezas fundamentais: pressão, volume e temperatura. Chamadas de variáveis de estado dos gases porque elas influenciam grandemente suas propriedades e comportamento. Pressão(Pa) é força exercida pela colisão das partículas dos gases contra as paredes do recipiente que os contém. Volume (m³) irá coincidir com o próprio volume do recipiente. Temperatura (T) é diretamente proporcional à energia cinética das partículas de um gás. Em uma transformação isotérmica (em que a temperatura se mantém constante), como será estudada nesse relatório, o aumento do volume de uma determinada massa fixa de um gás ideal causa a diminuição da pressão exercida pelo gás, ou seja, o volume e a pressão são grandezas diretamente proporcionais e o produto entre eles é sempre igual a uma constante. P . V = k (Lei de Boyle-Mariotte) (1) Em transformações isocóricas ou isovolumétricas (em que o volume permanece constante), o aumento da temperatura de uma massa fixa de um gás ideal causa o aumento da pressão exercida por ele, isso porque aumenta a energia cinética de suas partículas, que colidem de forma mais intensa. Ou seja, a pressão e a temperatura são grandezas inversamente proporcionais. (P/T = k) Os físicos Robert Boyle e Erme Mariotte de modo independente realizaram experimentos de variação da pressão e do volume dos gases com a temperatura constante, chegando ao mesmo resultado. Como já citado na equação (1) a chamada Lei de Boyle-Mariotte. Robert Boyle (1627), filho de um idoso conde, o homem mais rico da Irlanda, contribuindo assim para que tivesse os estudos sofisticado, foi considerado um dos fundadores da Química, por ser o primeiro cientista a manter anotações detalhadas de resultados obtidos em laboratórios e por se preocupar não só com a qualidade, mas também com a quantidade, anotando passo a passo de seus experimentos comparando seus resultados e hipótese, negando assim qualquer explicação mágica para os fenômenos naturais. Teve como principal objeto de estudos os gases. Publicou na segunda edição de New Experimentes (Novos Experimentos), sua experiência com a bomba de vácuo e a lei que ficou conhecida como Lei de Boyle. 5 Sendo anunciado 17 anos depois de Boyle, Edmé Mariotte (1620), abade, físico e hidráulico francês nascido em Bourgogne, iniciador da física experimental na Europa. Considerado o pai da ciência experimental francesa. Por causa da precisão, profundidade e diversidade de seus relatos, foi o descobridor da chamada Lei de Mariotte ou lei da compressibilidade dos gases (1676), que relaciona volume com pressão para gases. Analisaremos neste relatório Lei de Boyle-Mariotte que diz : “Em um sistema fechado em que a temperatura é mantida constante, verifica- se que determinada massa de gás ocupa um volume inversamente proporcional a sua pressão. ” Sob temperatura constante (condições isotermas), o produto da pressão e do volume de uma massa gasosa é constante, sendo, portanto, inversamente proporcionais. Qualquer aumento de pressão produz uma diminuição de volume e qualquer aumento de volume produz uma diminuição de pressão. P0v0 = p1v1 = p2v2 = ... = k Sendo esta relação rigorosa para os gases ideais e tendo validade aproximada para os gases reais. 6 OBJETIVOS Reconhecer o volume de um gás em função da pressão, mantendo –se constante a temperatura, de acordo com a lei Boyle - Mariotte. Construir gráficos que relacionam a pressão exercida sobre um gás em função do volume e outro sobre pressão exercida sobre o gás em função do inverso do volume. Reconhecer a validade da Lei de Boyle-Mariotte para a transformação isotérmica de uma massa gasosa. 7 MATERIAL UTILIZADO 01 aparelho gaseológico o Emília eq037c composto (CIDEPE) por: 01 tripé com haste e sapatas niveladoras 01 haste metálica com 400 mm 01 painel posicionador 01 parafuso micrométrico cm escala espelhada e manípulo 01 seringas em vidro resistente com escala volumétrica 01 válvula 01 tubo de conexão 01 manômetro com fundo de escala 2kgf/cm³(30psi) 8 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Para realizarmos o experimento da lei de Boyle – Mariotte, logo no inicio foi feito um teste de vedação do equipamento, para avaliar se teria irregularidade no equipamento. Logo assim seguiu os procedimentos do experimento. Com a válvula de torniquete aberta puxou o êmbolo da seringa até 19 mL de ar fechando a válvula e confinando o Vo Foram dadas três voltas no manipulo, onde a cada volta do manípulo produzia uma variação de 0,45 ml no volume do gás dentro da seringa, portanto a cada três voltas produzia uma variação do volume de 1,35 mL. Obtivemos 9 medidas onde foi anotada os dados de pressão do equipamento, girando o manípulo 27 vezes obtendo a maior variação do volume sendo de 12,15mL e a maior pressão manométrica9 RESULTADOS E DISCUSSÃO Para obter os dados das tabelas abaixo foram utilizados os valores da pressão manométrica como a variação da pressão (ΔP) e a pressão atmosférica como Po. 𝑃 = 𝑃𝑜 + 𝛥𝑃 E para encontrar o volume inicial (Vo) ocupado pelo gás necessita utilizar a seguinte fórmula onde ΔV é a variação do volume ocorrida e ΔP é a variação de pressão após a realização das 3 voltas no manípulo. 𝑉𝑜 = 𝛥𝑉(𝑃𝑜 + ∆𝑃) ∆𝑃 E para calcular o volume final utilizou-se a seguinte formula: 𝑉 = 𝑉𝑜 − ∆𝑉 Tabela 01- tabela com as medidas do volume (V), da pressão manométrica, da pressão total (P). Medidas = n Volume V(mL) Pressão manométrica (média das 3 medidas) Pressão Total 0 19 ± 0,5 mL 0 1 kgf/cm² 1 17,65 ± 0,5 mL 0,035 ± 0,02kgt/cm² 1,035 kgf/cm² 2 16,30 ± 0,5 mL 0,130 ± 0,01kgt/cm² 1,110 kgf/cm² 3 14,95 ± 0,5 mL 0,196 ± 0,04kgt/cm² 1,196 kgf/cm² 4 13,60 ± 0,5 mL 0,260 ± 0,02kgt/cm² 1,260 kgf/cm² 5 12,25 ± 0,5 mL 0,340 ± 0,01kgt/cm² 1,340 kgf/cm² 10 6 10,90 ± 0,5 mL 0,426 ± 0,01 kgt/cm² 1,426 kgf/cm² 7 9,55 ± 0,5 mL O,523 ± 0,01 kgt/cm² 1,523 kgf/cm² 8 8,20 ± 0,5 mL 0.636 ± 0,02kgt/cm² 1,636 kgf/cm² 9 6,85 ± 0,5 mL 0,770 ± 0,03 kgt/cm² 1,770 kgf/cm² ΔV = 3voltas x 0,45ml/volta = 1,35ml Tabela 02 - tabela com as respectivas medidas do volume (V), da pressão total (P), o valor da multiplicação da pressão pelo volume (P.V) . Medidas = n Volume V (mL) Pressão Total kgt/cm² Pn x Vn 0 19± 0,5 mL 1 kgf/cm² 19 1 17,65± 0,5 mL 1,035 kgf/cm² 18,26 2 16,30± 0,5 mL 1,110 kgf/cm² 18,03 3 14,95 ± 0,5 mL 1,196 kgf/cm² 17,88 4 13,60 ± 0,5 mL 1,260 kgf/cm² 17,13 5 12,25 ± 0,5 mL 1,340 kgf/cm² 16,41 6 10,90 ± 0,5 mL 1,426 kgf/cm² 15,54 7 9,55± 0,5 mL 1,523 kgf/cm² 14,54 8 8,20 ± 0,5 mL 1,636 kgf/cm² 13.41 9 6,85 ± 0,5 mL 1,770 kgf/cm² 12,12 Tabela 03 - tabela com os valores da pressão (P) e do inverso do volume (1/V). Medidas (n) Volume V ( mL) Pressão Total (kgt/cm²) Inverso do Volume (1/V) 0 19± 0,5 mL 1 kgf/cm² 0,052 mL 1 17,65 ± 0,5 mL 1,035 kgf/cm² 0,056 mL 11 2 16,30± 0,5 mL 1,110 kgf/cm² 0,061 mL 3 14,95± 0,5 mL 1,196 kgf/cm² 0,069 mL 4 13,60± 0,5 mL 1,260 kgf/cm² 0,073 mL 5 12,25± 0,5 mL 1,340 kgf/cm² 0,082 mL 6 10,90± 0,5 mL 1,426 kgf/cm² 0,092 mL 7 9,55 ± 0,5 mL 1,523 kgf/cm² 0,105 mL 8 8,20 mL 1,636 kgf/cm² 0,122 mL 9 6,85 mL 1,770 kgf/cm² 0,146 mL Equação do desvio padrão σ =√ ∑(𝑥𝑖−𝑥)² 𝑛−1 Equação da média �̅�= 1 𝑛 ∑ 𝑥𝑖 𝑛 𝑖=1 A lei de Boyler-Mariotte diz que o volume e inversamente proporcional a pressão sendo assim, e de se esperar que os valores da quarta coluna da tabela 2 sejam próximos, porém observamos que os valores foram diferentes devidos a erros de medida. Segundo o gráfico, se fizermos o inverso do volume tender a zero a pressão também tende a zero, oque esta de acordo com a equação ; p. v = ( k uma constante) p=kv Que e o mesmo que o inverso do volume multiplicado pela constante, assim se o inverso for próximo de zero a pressão também estará próxima de zero. Todos os gases reais se aproximam do estado dos gases ideais em concentrações bem baixas, podemos concluir então que quanto mais a pressão aumenta mais diferente os valores ficam do valor dado pela equação dos gases ideais, já que o aumento da pressão esta relacionado com a diminuição do volume e assim se tem uma quantidade de moléculas em um volume menor, ou seja a concentração do gás aumenta e seu estado fica mais diferente dos gases ideias 12 CONCLUSÃO Podemos concluir que nosso experimento está de acordo com a lei de Boyle- Mariotte, considerando uma temperatura constante quando aumentamos a pressão sobre uma massa fixa de um gás ideal o seu volume diminuiu, e de acordo com o gráfico o volume se aproximou de zero e a pressão aumentou, segundo a lei, pressão e volume são grandezas inversamente proporcionais e seu produto P*V é uma constante. 13 REFERÊNCIAS RESNICK; HALLIDAY; KRANE. Física 2. Rio de Janeiro: LTC, 2003. 307p VUOLO, José Henrique. Fundamentos da teoria dos erros. 2. ed. São Paulo: Edgard Blucher, 2002. 250 p. TIPLER, Paul A.; MOSCA, Gene. Física para cientistas e engenheiros. Rio de Janeiro: LTC, 2009. 759p. 14 ANEXOS Grafico 01 Pressão x Volume Grafico 02 Pressão x Inverso do Volume 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 6,85 8,2 9,55 10,9 12,25 13,6 14,95 16,3 17,65 19 V (mL) Pressã0 x Volume 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 0,052 0,056 0,061 0,069 0,073 0,082 0,092 0,105 0,122 0,146 (1/V) Pressão x Inverso do Volume Pressão x Inverso do Volume 15 16
Compartilhar