O Relatório de Física

[pic 1]

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO SECRETARIA DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL E TECNOLÓGICA INSTITUTO FEDERAL DE SANTA CATARINA DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE METAL E MECÂNICA LABORATÓRIO DE FÍSICA – CAMPUS FLORIANÓPOLIS

Professor: Rodrigo                Data limite para entrega: 10/05/2016                  

Engenharia: Mecatrônica      Turma: 22303                                               Equipe: 07

LEI DE BOYLE-MARIOTTE

Marina Sodré de Paula

INTRODUÇÃO

             Os gases podem ser estudados a partir de três variáveis conhecidas: volume, pressão e temperatura, de modo que uma delas permaneça constante. O experimento realizado em laboratório diz respeito ao estudo realizado pelos físicos Robert Boyle e Edme Mariotte de maneira independente.

           O objetivo do experimento por eles realizado era observar o comportamento de um gás, ao ser comprimido ou expandido, sob temperatura constante.

OBJETIVOS

• Verificar a compressão isotérmica de um gás;
• Calcular o número de mols presente na amostra;
• Obter a densidade do ar em diferentes volumes, no interior do cilindro contendo o ar comprimido, e analisar estas diferenças;

RESULTADOS E DISCUSSÕES

           O experimento a ser discutido foi realizado a partir de um aparelho denominado
Boyle-Mariotte. O aparelho consiste em um cilindro com um embolo e um medidor de pressão.

                   A tarefa principal foi a compressão do gás (ar atmosférico) de maneira que sua temperatura fosse constante. Para tal, as mudanças de volume eram realizadas lentamente para permitir trocas de calor, fazendo com que a temperatura interna do gás sofresse o mínimo de variações possíveis.

                  Observou-se que ao diminuir o volume (comprimir o gás), a pressão do mesmo aumenta, como demonstrado no gráfico 1:

Gráfico 1 – relação de pressão e volume numa transformação isotérmica.

[pic 2]

            O coeficiente angular do gráfico acima é obtido pegando-se dois pontos aleatoriamente da reta e fazendo a seguinte relação matemática:

 , onde C é o parâmetro a ser obtido.[pic 3]

           Pela relação descrita acima, chegou-se ao valor de 45,38 J. Este número é uma constante, que simboliza a relação de proporcionalidade inversa entre pressão e volume.

         Como a energia interna do sistema é zero, ou muito próxima disso, temos que Q=W, pela primeira lei da termodinâmica. Temos então: , logo C = Q = W = nRT. Onde R é a constante universal dos gases perfeitos (8,31 J/mol.K), n é o número de mols do gás, e T é a temperatura dada em Kelvin (considera-se aqui T = 20°C).[pic 4]

         Pode-se agora calcular o número de mols presente na amostra:

[pic 5][pic 6][pic 7]

         Na etapa seguinte calculamos a massa presente no cilindro, utilizando a informação de que 20% do ar atmosférico é composto por O2 e 80% de N2, é possível calcular a massa molar do gás confinado. Dado que a massa molar do oxigênio é de 15,994 g/mol, e a do nitrogênio é de 14,0067 g/mol, temos:

          / (em que  é a massa do ar e  é a massa molar em g/mol).[pic 8][pic 9][pic 10][pic 11]

[pic 12][pic 13]

              Agora podemos saber o total de partículas presentes no gás, através do número de Avogadro. Se em 0,530 gramas tem-se 0,0184 mols e cada mol contêm 23 moléculas, então o número total de partículas na amostra é de :[pic 14]

(6,021021) 1021  partículas[pic 15][pic 16][pic 17]

           É possível ainda descobrir o número de partículas presentes somente no N2  e O2. Sabemos que a quantidade total de mols da amostra é de 0,0184 mols. Sabendo a concentração de cada elemento na composição do ar, concluímos que o número de mols presente em cada gás é: