Termômetro de gás e volume constante

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Universidade Federal de Campina Grande – UFCG Centro de Ciências e Tecnologia – CCT Unidade Acadêmica de FÍSICA – UAF Disciplina – FÍSICA EXPERIMENTAL I
EXPERIMENTO:
Termômetro de gás a volume constante
CURSO: ENGENHARIA CIVIL
TURMA: 02
ALUNO: ANDERSON ARIEL SOARES DA SILVA
PROFESSOR: : JOSSYL AMORIM 
CAMPINA GRANDE
Maio/2021
SUMÁRIO
Introdução....................................................................................................3 Objetivos......................................................................................................3
Material utilizado............. .............................................. ............................3 Montagem....................................................................................................4 Procedimento e análises............................................ ........................... ......4 Conclusões................................................................................................. 6
Referências bibliográfias............................................................................7 Anexos..................................... .................................... .............................. 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 fio 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 de terminado 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 d esse estudo, determinar a temperatura do zero absoluto em graus Célsius. 
● 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 de vem 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;
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 = T → P = aT em que a =
Entretanto, T é a temperatura absoluta, logo, podemos escrevê-la como:
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 elxo x, dessa forma obtemos a temperatura do zero absoluto em graus Celsius.
Baseado no gráfico, obtemos a temperatura do “zero absoluto” com a pressão zero, logo: 
P = aTc + c 
Como P = 0, então: 
Tc = - → = - 261,2 ºC
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 r amo 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 ser iam o fato de que a coluna de água teria em média 4 metros, e não da ria para fazer este experimento e m 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, LT C, Rio de Ja neiro (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 Gr ande do Sul ( UFRGS). Disponível em: https://www.ufrgs.br/napead/repositorio/objetos/leis -da-termodinamica/LEITURAS-COMPLEMENTARES.pdf/>.
ANEXOS
- Cálculo da pressão absoluta 
P = P0 + ∆h 
P0 = 71,5 Cm Hg 
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 meta de do valor total, não incluímos a origem.
Para o eixo X 
• Módulo de x 
Mx = → Mx = → Mx = 6
• Degrau e passo 
∆ℓx = 150mm (estipulado) 
∆ℓx = 6∆x → 150mm = 6 → ∆x = 150/ 6°C → ∆x = 25°C 
• Equação da escala 
ℓx = 6x 
Para o eixo Y 
 • Módulo de y
My = → My = → My = 45,4545 →My = 45
 • Degrau e passo 
∆ℓy = 100mm (estipulado) 
∆ℓy = 45∆y → 100mm = 45 My: mm/CmHg → ∆y = 100/45cm Hg →∆y = 2cmHg 
 • Equação da escala 
ℓy = 45y