Curso de Engenharia Civil Princípios Experimentais de Física

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Universidade Federal do Tocantins Campus Universitário de Palmas Curso de Engenharia Civil Princípios Experimentais de Física

ATHILA BALTAZAR DOS SANTOS

LEI DE RESFRIAMENTO DE NEWTON

Palmas

2019

Introdução

Quando se expõe um corpo de temperatura TC a um ambiente de temperatura TA, de forma que TC ≠ TA, nota-se que, após algum tempo, o objeto atinge o equilíbrio térmico com o ambiente.

Sabe-se que a Quantidade de calor (Q) cedido ou recebido por um corpo de massa (m) constituído por uma substância de calor específico (c) que sofre uma variação de temperatura T – T0 é dada por:

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sendo que a taxa de variação da quantidade de calor por unidade de tempo será o Fluxo (Φ) de calor cedido ou recebido pelo corpo. Pode-se verificar claramente pela dependência de ∆Q com  ∆T que, durante um mesmo intervalo de tempo, a quantidade de calor trocada (cedida ou recebida) com a vizinhança não é constante, ela diminui com o passar do tempo.

O fluxo de calor (Φ) entre dois corpos com temperaturas T2 e T1, é proporcional a área de seção reta de saída/entrada do calor (A) multiplicada pela diferença de temperatura e inversamente proporcional ao comprimento (L) da interface pela qual passará o calor,

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onde T2 > T1.

Consideremos um corpo com temperatura T, no instante t, que troca calor com um ambiente suposto infinito, cuja temperatura Ta < T se mantém constante. A Eq. 2 pode ser reescrita como:

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Como a temperatura varia com o passar do tempo, ao se derivar a Eq. 1 em relação ao tempo, tem que:

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onde o sinal negativo indica que o corpo cede calor e sua temperatura diminui. Igualando a Eq. 3 e a Eq. 4, obtém a seguinte expressão:

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onde α=kA⁄mcL.

Isolando as variáveis na Eq. 7 e integrando em ambos os membros, chegando na equação:

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Objetivo

Através da análise gráfica verificar a autenticidade da lei de resfriamento de Newton e discutir os conceitos de quantidade de calor, calor específico, capacidade térmica, fluxo de calor e coeficiente de temperatura

Materiais e Procedimentos

Foi utilizado os seguintes materiais:

Dois termômetros e/ou multímetros com sensor de temperatura;

Um Becker de plástico de 1000 ml e um de 250 ml;

Uma proveta de plástico de 100 ml e uma rolha capaz de isolar o interior da proveta com meio externo;

Gerador elétrico de vapor;

Um cronômetro;

Gelo.

Procedimento:

Coloque a Proveta (100 ml) dentro do Becker maior (1000 ml) e acrescente água e gelo entre eles e espere a temperatura estabilizar;

Anote a temperatura da mistura de água e gelo, que, de agora em diante, chamaremos de “temperatura ambiente” Ta = 2◦C;

Com o gerador de vapor aqueça a água até acima de 70 ◦C;

Coloque a água aquecida dentro da proveta e tampe com a rolha;

Partindo de uma temperatura inicial (∼65 ◦C) preencha, na tabela a seguir, os tempos para cada variação de temperatura. Depois preencha a terceira coluna da Tab. 1.

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A temperatura do ambiente é a temperatura do meio que fará a troca de calor com

a substância (água a ∼70 ◦C) com que se está trabalhando.

Resultados

Tabela 1: Variação da temperatura da água dentro da proveta em relação ao tempo de resfriamento.

T (◦C)	Tempo (s)	T-Ta (◦C)
65	0	62
60	10	57
55	23	52
50	39	47
45	55	42
40	79	37
35	109	32
30	148	27
25	198	22
20	273	17
18	319	15
16	378	13
14	448	11
12	551	9
10	761	7

Tabela 2: Valores das grandezas obtidas pela análise gráfica.

Grandezas	Dados da Análise
Equação do movimento	[pic 9]
(T0 - Ta) °C	62
(°C)[pic 10]	62
E (%)	0