Relatório Lei de Resfriamento de Newton

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Universidade de Brasília

Física 2 Experimental    

20 de maio de 2016

Turma O

Grupo 4  

Alunas: Cínthia Yara da S. Ribeiro 14/0134662

Graciane Resende 14/0141898

      Sophia Frota da Silva - 15/0021895

Experimento 5 – Lei do Resfriamento de Newton

1. Objetivos

1. Introdução 

Quando um corpo de maior temperatura é colocado em contato com um corpo de menor temperatura, ocorre um fluxo de calor do primeiro para o segundo, até que um estado estacionário é atingido, chamado de equilíbrio térmico. Em outras palavras, dois sistemas estão em equilíbrio térmico somente quando se encontram à mesma temperatura. Dois sistemas nos quais a temperatura seja homogênea em todos os seus pontos, supondo que a temperatura da água seja T, e que a temperatura do ambiente seja Ta. Coloca-se os dois sistemas em contato, se T > Ta, então, haverá fluxo de calor da água para o ambiente.

Quando a diferença de temperaturas (T – Ta) não é muito grande, uma quantidade de calor dQ é transferida do primeiro sistema para o segundo, durante um intervalo de tempo dt, de modo que a taxa de transferência de calor ou corrente de calor H é proporcional à diferença de temperaturas, isto é,

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em que é uma constante que depende da condutividade térmica entre os sistemas e A é a área de contato. A água, de massa m e calor específico c, transfere para o ambiente, durante esse intervalo de tempo, a quantidade infinitesimal de calor dQ = - m c dT , (2) em que dT corresponde à variação de temperatura, devido ao resfriamento da água.[pic 3]

Sendo a taxa de resfriamento proporcional á diferença de temperatura entre o sistema e o meio ambiente:

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onde b é o coeficiente de transferência térmica entre o objeto e o meio ambiente. A contribuição do coeficiente b depende de diversos fatores, tais como:

• superfície exposta: pode-se verificar que quanto maior for a superfície de contato entre o corpo e o meio externo (ambiente) maior será a rapidez de resfriamento/aquecimento.
•  calor específico do corpo: quanto maior o valor do calor específico de um corpo ,uma maior quantidade de energia será necessária para variar a sua temperatura de um determinado valor. Logo, para dois corpos que recebem a mesma quantidade de energia num mesmo intervalo de tempo, aquele com maior calor específico apresentará menor rapidez de resfriamento/aquecimento.
•  características do meio: assim como as características do corpo são importantes neste processo, as características do meio em que este está imerso, também  são. Por exemplo, se o objeto está em contato com o ar, que é um bom isolante térmico, mais lentos serão os processos de resfriamento ou aquecimento do que se estiver imerso em água. A condutividade térmica da água é maior que a do ar. Uma outra característica importante é a mobilidade do meio externo em relação ao objeto, quanto maior for esta mobilidade, mais rápidas se darão as trocas térmicas entre o objeto e o meio em contato com o mesmo.

Supondo que a água esteja à temperatura To no instante inicial to, e à temperatura T no instante t > to, , obtém-se a relação:

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conhecida como “Lei de Resfriamento de Newton”.

1. Materiais

• 1 béquer de 80ml
• 1 termômetro
• 1 computador com placa de aquisição DrDaq
• 1 cuba com aquecedor e circulador de água
• Gelo

1. Procedimentos

1. Dados experimentais e Análise de dados

5.1. Estudo da constante de resfriamento do termômetro em função da condutividade térmica do ambiente.

		Gelo	Ar
Ta	A0	6,413	34,845
T0	A1	55,179	127,862
b	A2	0,035	0,0157
	A3	6,665	-59,5672

5.2. Estudo da constante de resfriamento do termômetro em função da agitação da água.

	Sem agitação	Com agitação
A0	6,413	-0,0253
A1	55,179	160,768
A2	0,0357	0,041
A3	6,665	-23,0067

5.3. Estudo da constante de resfriamento do termômetro em relação à diferença inicial de temperatura entre os dois corpos.

	Gelo	Gelo + torneira	Torneira
A0	6,415	8,141	25,963
A1	55,179	151,49	34,059
A2	0,0357	0,035	0,035
A3	6,665	-24,245	44,093

1. Conclusão

Durante o experimento, foi possível observar que o equilíbrio térmico é alcançado quando a diferença entre a temperatura do corpo analisado e a temperatura ambiente torna-se cada vez menor, até que seja desprezível. Portanto, a taxa de variação da temperatura varia de acordo com o sistema analisado, bem como o tempo necessário para que o equilíbrio seja alcançado.

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