T ABELA2M EDIÇÕES DA DIFERENÇA DE TEMPERATURA EM FUNÇÃO DO TEMPO

Texto

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Universidade Federal de Pernambuco Centro Acadêmico do Agreste Física Experimental 2 - 2018.1

Professor Luis Leão

Data: ______/__________ /______

Nome: ______________________________________________________________________ Nome: ______________________________________________________________________ Nome: ______________________________________________________________________ Nome: ______________________________________________________________________ Nome: ______________________________________________________________________ Nome: ______________________________________________________________________

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

EXPERIMENTO: 01

TÍTULO: RESFRIAMENTO DE NEWTON

1. INTRODUÇÃO

A preparação antes de vir ao laboratório, a maneira de proceder dentro do laboratório e forma de execução dos experimentos são apresentadas no Plano de Ensino da disciplina. Os alunos devem lê-lo integralmente; em especial, os alunos que nunca frequentaram um ambiente de laboratório.

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Neste experimento, você estudará o processo de troca de calor entre um sistema finito e um banho térmico (sala), em temperaturas diferentes, através do processo de convecção.

3. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Medir a temperatura de esfriamento de um sistema em função do tempo. • Entender o processo de troca de calor.

• Aprender e verificar a previsões teóricas da lei de esfriamento de Newton.

• Obtenção da constante de tempo de esfriamento característica de um sistema térmico.

• Aprender a utilizar softwares para análise/tratamento de dados e construção de gráficos.

4. MATERIAL UTILIZADO

• Tipos diferentes de calorímetros; • Termopar e Termômetros Digitais; • Cronometro Digital;

• Trena;

• Aquecedor de água resistivo. Observações:

I. Todo instrumento de medida é delicado. Deve-se sempre manuseá-lo de maneira adequada, com muito cuidado para não o danificar.

II. O material disponibilizado nas bancadas é de responsabilidade dos alunos que a ocupam. Ao final de cada experimento, o material deve ser arrumado sobre a bancada. Todo e qualquer material que for extraviado ou danificado será reposto pelos integrantes da equipe de estudantes responsável por ele. As bancadas serão inspecionadas depois de cada experimento.

5. PROCEDIMENTO/ATIVIDADE EXPERIMENTAL

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espera uma bebida quente para esfriar. Nesta experiência, você examinará o resfriamento de água, com o objetivo de reproduzir o modelo que descreve o processo (resfriamento de Newton). Você também poderá prever o tempo necessário para que a água quente arrefeça até a temperatura ambiente.

5.1. MEDIÇÃO DO RESFRIAMENTO DE UM SISTEMA

a) (3)Meça a temperatura ambiente e expresse-a na forma .

Θ𝑎(°C) ΔΘ𝑎(°C) T𝑎(°C)

TABELA 1MEDIDA DA TEMPERATURA AMBIENTE

b) Coloque água quente no recipiente metálico com isolamento de Isopor. Em seguida insira o termômetro na água.

c) (6)Meça a temperatura da água em função do tempo e utilize o cronômetro

seguindo a sequência de intervalos da Tabela 2. Iniciar as tomadas de temperatura logo após a colocação do termômetro na água. Preencha a Tabela 2 com os valores medidos das temperaturas da água, subtraídos da temperatura ambiente, , ou seja, .

𝑡 (𝑚𝑖𝑛) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Δ𝑇 (℃)

𝑡 (𝑚𝑖𝑛) 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 Δ𝑇 (℃)

𝑡 (𝑚𝑖𝑛) 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 Δ𝑇 (℃)

𝑡 (𝑚𝑖𝑛) 80 Δ𝑇 (℃)

TABELA 2MEDIÇÕES DA DIFERENÇA DE TEMPERATURA EM FUNÇÃO DO TEMPO

d) (3)Calcule a incerteza associada a Δ𝑇.

Ta =

(

Θa+ΔΘa

)

°C

T

(4)

Cálculo:

5.2. MEDIÇÃO DO RESFRIAMENTO DE UM SISTEMA

e) (8)Confeccione um gráfico manual em papel milimetrado, da diferença de

temperatura Δ𝑇 em função do tempo de resfriamento. Anexe o gráfico no final. f) (4)Preencha a Tabela 3 abaixo escrevendo o valor do volume de água utilizado em

cada um dos sistemas medidos e as suas respectivas áreas de contato com as paredes do calorímetro e com o ar.

MASSA DA ÁGUA (g) VOLUME DE ÁGUA (L) ÁREA DE CONTATO DA ÁGUA COM A SUPERFÍCIE DO RECIPIENTE (cm2)

ÁREA DE CONTATO DA ÁGUA COM O AR (cm2)

INCERTEZA DA MASSA DA ÁGUA (g)

INCERTEZA DO VOLUME DE ÁGUA (L)

INCERTEZA ÁREA DE CONTATO DA ÁGUA COM A SUPERFÍCIE DO RECIPIENTE (cm2)

INCERTEZA DA ÁREA DE CONTATO DA ÁGUA COM O AR

(cm2)

MASSA DA ÁGUA (g) COM A INCERTEZA

VOLUME DE ÁGUA (L) COM A INCERTEZA

ÁREA DE CONTATO DA ÁGUA COM A SUPERFÍCIE DO RECIPIENTE (cm2) COM A INCERTEZA

ÁREA DE CONTATO DA ÁGUA COM O AR (cm2) COM A

INCERTEZA

TABELA 3MEDIÇÕES DO VOLUME DE ÁGUA E DAS ÁREAS DE CONTATO COM O AR E COM AS PAREDES DE CADA RECIPIENTE UTILIZADO

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Cálculo:

h) (3)Deduza e explique o modelo teórico proposto por Newton para este tipo de

(6)

i) (3)A partir do gráfico em papel milimetrado e supondo que a queda da

temperatura em função do tempo segue uma função exponencial decrescente, obtenha a constante de tempo característica, , do sistema. Utilize o método da tangente em t = 0.

Cálculo:

τ

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j) (3)A partir do gráfico em papel milimetrado e supondo que a queda da

temperatura em função do tempo segue uma função exponencial decrescente, obtenha a constante de tempo característica, , do sistema. Utilize o método do tempo característico.

Cálculo:

k) (8)Confeccione, um gráfico manual em papel mono-log, da diferença de

temperatura em função do tempo de resfriamento. Você observa um decaimento linear? Há mais de um decaimento linear nos dados experimentais? Descreva sua observação. Anexe o gráfico no final.

τ

(8)

l) (8)No caso da observação de um comportamento linear no gráfico mono-log,

preencha a tabela abaixo e calcule a reta que melhor se ajusta aos pontos (empregando método mínimo múltiplo quadrado) no gráfico mono-log e obtenha a constante de tempo característica deste sistema, . Obs.: Se você percebeu que há mais de um regime linear, escolha um deles para a realização deste item (justifique).

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Cálculo:

m) (3)Compare os valores das constantes de tempo obtidas , e . Qual dos

três valores pode-se usar como o valor adotado? Por quê?

τ

(11)

n) (3)Calcule qual seria o valor da temperatura da água quando t = 80 min e calcule o

erro percentual comparado ao valor da temperatura da água medido em T(80 min).

Cálculo:

o) (8)Repita o item (e), mas agora faça o gráfico em um software apropriado (por

exemplo, Scidavis). Anexe o gráfico no final.

p) (10)A partir dos dados experimentais e supondo que a queda da temperatura em

função do tempo segue uma função exponencial decrescente, utilize um software apropriado e ajuste os pontos com uma função exponencial. Faça o gráfico do ajuste sobre os dados experimentais e do resultado do ajuste obtenha a constante de tempo característica, 𝜏<, do sistema. Anexe o gráfico no final. Cálculo:

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Cálculo:

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Referências