Relatório VIII - Termômetro de gás a volume constante

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE – UFCG 
CENTRO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA – CCT 
UNIDADE ACADÊMICA DE FÍSICA 
DISCIPLINA: FÍSICA EXPERIMENTAL I – T 10 
PROFESSOR: ALEXANDRE JOSÉ DE ALMEIDA GAMA 
 
 
 
 
JULIANA DOS SANTOS ARAUJO – 120110998 
ENGENHARIA DE MATERIAIS 
 
 
 
 
 
TERMÔMETRO DE GÁS A VOLUME CONSTANTE 
 
 
 
 
 
 
CAMPINA GRANDE – PB 
30 DE NOVEMBRO DE 2020 
SUMÁRIO 
Introdução....................................................................................................5 
Objetivos......................................................................................................5 
Material utilizado..........................................................................................6 
Montagem....................................................................................................6 
Procedimento e análises..............................................................................6 
Conclusões.................................................................................................10 
Referências bibliográfias.............................................................................11 
Anexos........................................................................................................12 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE IMAGENS 
Figura I – Montagem...........................................................................................6 
Figura II – Ilustração do experimento..................................................................7 
Figura III – Gráfico da Pressão absoluta vs Temperatura..................................9 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE TABELAS 
Tabela I – Valores de TC e ∆h.............................................................................8 
Tabela II – Valores de TC e de P.........................................................................8 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
• INTRODUÇÃO 
 
A Termodinâmica é o estudo que explica as principais propriedades da 
matéria e a correlação entre estas propriedades e a mecânica dos átomos e 
moléculas. Temperatura pode ser entendida como a medida do grau de 
calor ou frio de um corpo, ou seja, é uma medida da energia cinética 
molecular média de um corpo. 
O equilíbrio térmico entre corpos materiais só é atingido quando os mesmos 
se encontram na mesma temperatura. Com essa definição pode ser 
concluída a Lei Zero da Termodinâmica: Se três sistemas apresentam-se 
isolados de qualquer outro universo externo, e, dois sistemas consecutivos 
estiverem em equilíbrio térmico com o terceiro, então os dois sistemas 
consecutivos estarão em equilíbrio térmico entre si. 
Os termômetros são dispositivos utilizados para medir a temperatura de um 
corpo ou de um sistema com o qual o termômetro está em equilíbrio 
térmico. Este pode utilizar de algumas propriedades físicas que mudam com 
a temperatura, dentre elas: o volume de um líquido, o comprimento de um 
sólido, a pressão de um gás mantido a volume constante, o volume de um 
gás mantido a pressão constante, a resistência elétrica de um condutor, e a 
cor de um corpo quente. O termômetro a gás a volume constante é 
constituído de um bulbo de vidro, contendo um determinado gás, onde está 
conectado um tubo de vidro em forma de U que contém mercúrio 
(substancia termométrica). O volume do gás mantém-se constante, visto 
que o mercúrio fica entre o gás e o vácuo. Dessa forma, a pressão será 
a propriedade termométrica que dependerá exclusivamente da temperatura. 
 
● OBJETIVO 
O experimento executado teve como objetivo estudar o comportamento da 
pressão exercida por um gás (ar) em função da sua temperatura, a volume 
constante. Através desse estudo, determinar a temperatura do zero 
absoluto em graus Célsius. 
http://www.infoescola.com/fisica/temperatura/
● MATERIAL UTILIZADO 
 
- Fogareiro; 
- Kitassato; 
- Becker; 
- Termômetro; 
- Monômetro de mercúrio; 
- Suportes; 
- Funil; 
- Mangueiras; 
- Válvula. 
 
● MONTAGEM 
 
Figura I - Montagem 
 
● PROCEDIMENTOS E ANÁLISES 
 
1. A válvula no meio do tubo do lado direito do manômetro deve estar 
aberta, como aparece na figura II. Certificando-se que o reservatório de 
mercúrio (funil) encontra-se na parte baixa da haste e, então, zerar o 
manômetro (os dois meniscos de mercúrio/ar devem ficar no mesmo 
nível da escala); 
2. Coloque água no becker, e este sobre o fogareiro. Em 
seguida, mergulhe o kitassato selado, contendo ar, na água do becker. 
Então, deve-se fechar a válvula (observe a figura II); 
 
Figura II – Ilustração do experimento 
 
3. Após ligar o fogareiro para aquecer o kitassato em banho maria, o 
menisco de mercúrio/ar do ramo direito do manômetro começa a descer 
lentamente, então deve-se subir o reservatório de mercúrio (funil), 
obrigando este menisco a voltar para a sua posição original, mantendo o 
volume de ar confinado com valor constante; 
4. Quando o termômetro de kitassato estiver marcando aproximadamente 
32°C, deve-se fazer as leituras simultâneas da temperatura Tc e da 
pressão manométrica ∆h, e anotá-las na tabela I; 
5. Quanto a temperatura Tc variar uma quantidade de mais ou menos 5ºC, 
leia (simultaneamente) os valores da temperatura Tc e da pressão 
manométrica e anote na tabela I; 
 
TABELA I 
 
6. Em seguida, deve-se calcular a pressão absoluta (P = P0 +∆h), onde P0 
é a pressão atmosférica e ∆h a manométrica, preenchendo a tabela II, e 
traçar um gráfico em escala milimetrada (figura III) da pressão absoluta 
P(cmHg) em função da temperatura T c (°C), a partir da mesma. 
 
Teoricamente, para um gás ideal, temos: 
 
PV = nRT 
 
Neste caso, como V é constante, então: 
 
P = 
𝑛𝑅
𝑉
 T → P = aT em que a = 
𝑛𝑅
𝑉
 
 
Entretanto, T é a temperatura absoluta, logo, podemos escrevê-la como: 
 
T = t c + b 
 
Assim, Podemos reescrever a equação do estado como: 
 
P = a (Tc + b) ou: P =aTc + c em que c = ab 
 
Assim, podemos determinar a temperatura absoluta do zero absoluto, 
conhecendo-se o parâmetro a e b. Pois a equação da pressão em 
função da temperatura a volume constante descreve uma reta, bastando 
prolongar a reta até tocar o eixo x, dessa forma obtemos a temperatura 
do zero absoluto em graus Celsius. 
 
TABELA II 1 2 3 4 5 6 
TC (°C) 32,0 37,0 43,0 46,0 49,0 57,0 
P (CmHg) 77,4 75,0 76,6 77,4 78,0 79,7 
 
 
Figura III – Gráfico da Pressão absoluta vs Temperatura 
 
Baseado no gráfico, obtemos a temperatura do “zero absoluto” com a pressão 
zero, logo: 
 
P = aTC + c 
 
Como P = 0, então: 
 
Tc = −
𝐶
𝑎
 → 
65,63
0,2513
= −261,2°𝐶 
 
Convertendo Graus Célsius para Kelvin, temos: 
 
273,15 – 261,2 = 11,95K 
 
 
 
 
 
 
● CONCLUSÕES 
 
Se utilizássemos água no lugar de mercúrio no manômetro, o 
comprimento do ramo seria 13,6 vezes maior, pois a densidade da água 
é 1 g/cm3 e a do mercúrio 13,6 g/cm3. A vantagem de um manômetro de 
água em comparação com um de mercúrio é que o é mais barato, mais 
fácil de encontrar, teria uma maior precisão, pois o deslocamento seria 
maior, e as desvantagens seriam o fato de que a coluna de água teria 
em média 4 metros, e não daria para fazer este experimento em 
laboratório. 
Se houvesse vazamento, a pressão manométrica seria menor, podendo 
até ser igual a pressão atmosférica, assim não seria possível calcular o 
valor exato da pressão atmosférica. 
Na temperatura do zero absoluto as moléculas estão paradas, ou seja, a 
pressão é nula. Quanto maior a temperatura, maior será a energia 
cinética. 
Temos como erros sistemáticos possíveis vazamentos de gás na válvula 
e não manter o volume constante.REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
1 – D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Fundamentos de Física 2: 
Gravitação, ondas e termodinâmica, Volume 2, LTC, Rio de Janeiro 
(2012); 
2 – H. M. Nussenzveig, Curso de Física Básica, Volume 1, Blucher, São 
Paulo (2002); 
3 – “Leis da Termodinâmica: trabalho e entropia”. Leituras 
Complementares. Núcleo de Apoio Pedagógico à Educação a Distância 
(Napead). Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). 
Disponível em: https://www.ufrgs.br/napead/repositorio/objetos/leis-da-
termodinamica/LEITURAS-COMPLEMENTARES.pdf/>. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
https://www.ufrgs.br/napead/repositorio/objetos/leis-da-termodinamica/LEITURAS-COMPLEMENTARES.pdf/
https://www.ufrgs.br/napead/repositorio/objetos/leis-da-termodinamica/LEITURAS-COMPLEMENTARES.pdf/
ANEXOS 
 
- Cálculo da pressão absoluta 
 
P = P0 + ∆h 
P0 = 71,5 CmHg 
 
P = 71,5 + 1,9 = 77,4 CmHg 
P = 71,5 + 3,5 = 75,0 CmHg 
P = 71,5 + 5,1 = 76,6 CmHg 
P = 71,5 + 5,9 = 77,4 CmHg 
P = 71,5 + 6,5 = 78,0 CmHg 
P = 71,5 + 8,2 = 79,7 CmHg 
 
- Cálculos para o gráfico no papel milimetrado: 
 
Obs: como nos dois eixos o menor valor está depois da metade do valor 
total, não incluímos a origem. 
 
Para o eixo X 
 
 
• Módulo de x 
 
Mx =
𝐿𝑥
(𝑋𝑓−𝑋0)
→ 𝑀𝑥 =
150,0𝑚𝑚
(57,0−32,0)°𝐶
→ 𝑀𝑥 = 6
𝑚𝑚
°𝐶
 
 
• Degrau e passo 
 
∆ℓx = 150mm (estipulado) 
 
∆ℓx = 6∆x → 150mm = 6 
𝑚𝑚
°𝐶
 → ∆x = 150/6°C → ∆x = 25°C 
 
• Equação da escala 
 
ℓx = 6x 
 
Para o eixo Y 
 
• Módulo de x 
 
My =
𝐿𝑦
(𝑦𝑓−𝑦0)
→ 𝑀𝑦 =
100𝑚𝑚
(79,7−77,4)𝐶𝑚𝐻𝑔
→ 𝑀𝑦 = 45,4545 … → 𝑀𝑦 =
45
𝑚𝑚
𝑐𝑚𝐻𝑔
 
 
• Degrau e passo 
 
∆ℓy = 100mm (estipulado) 
 
∆ℓy = 45∆y → 100mm = 45 
𝑚𝑚
𝑐𝑚𝐻𝑔
 → ∆y = 100/45cmHg → ∆y = 
2cmHg 
 
• Equação da escala 
 
ℓy = 45y