Práticas De Física Experimental

UNILESTE – CENTRO UNIVERSITÁRIO DO LESTE DE MINAS GERAIS

CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA – CEQ

AULA 5: Lei de Newton para o Resfriamento

Relatório apresentado à disciplina de

Fisica II – Fluidos, Calor e Termodinâmica,

do curso de Engenharia Química do Unileste.

Turma: CEQDEP33A1

Alunos: Andréia Gonçalves Ferreira

Artur Simões Moreira

Fernanda de Souza Fernandes

Jairo Oliveira de Paula Ferreira

Lorena Ferreira Alves

Renato Godoy Júnior

Tábata Dutra

Professor: Anderson Augusto Freitas

CORONEL FABRICIANO

OUTUBRO DE 2014

1. OBJETIVOS

• Determinar o valor da constante K para o resfriamento da água;

• Analisar o resfriamento de um termômetro no ar e na água .

2. INTRODUÇÃO

Quando duas substâncias com temperaturas diferentes são colocadas em contato, ocorre um fluxo de calor, do corpo mais quente para o mais frio, até suas temperaturas se igualarem, alcançando então o equilibrio termico.

Entendamos portanto alguns conceitos relacionados :

Calor: definido como energia cinética total dos átomos e moléculas que compõem uma substância.

Temperatura: é uma medida da energia cinética média das moléculas ou átomos individuais.

A distinção fica mais clara pelo seguinte exemplo. A temperatura de um copo de água fervente é a mesma que a da água fervente de um balde. Contudo, o balde de água fervente tem uma maior quantidade de energia que o copo de água fervente. Portanto, a quantidade de calor depende da massa do material, a temperatura não.

Capacidade Térmica: A capacidade térmica mede a quantidade de calor necessária para que haja uma variação unitária de temperatura e está relacionada diretamente com a massa do corpo, e é dada por:

Calor Específico: para que haja uma variação unitária de temperatura de uma massa unitária de água é necessário fornecer uma quantidade de calor maior que para uma massa unitária de chumbo sofrer a mesma variação unitária de temperatura. Esta quantidade de calor, que é característica do material, é denominada calor específico.

Tabela 1 - Substâncias e respectivos calores especificos

Equilíbrio Térmico: a quantidade de energia térmica transferida da substância de maior temperatura para a de menor temperatura, é associada à quantidade de calor que a substância de menor energia irá receber. Após certo tempo, a temperatura atinge um valor constante, ou seja, atinge-se um equilíbrio térmico. Neste ponto, os corpos estão com a mesma energia térmica. Havendo dois corpos em equilíbrio térmico, o calor cedido por um corpo é igual ao calor recebido pelo outro.

2.1. Transferência de Calor:

A transferência de calor que possui três tipos de mecanismo: radiação, condução e convecção.

Radiação: consiste de ondas eletromagnéticas viajando com a velocidade da luz.

Condução: ocorre dentro de uma substância ou entre substâncias que estão em contato físico direto. Na condução a energia cinética dos átomos e moléculas é transferida por colisões entre átomos e moléculas vizinhas. O calor flui de um corpo (ou de parte de um corpo) com temperatura mais alta (moléculas com maior energia cinética) para o corpo (ou parte do corpo) com temperaturas mais baixas (moléculas com menor energia cinética).

Convecção: somente ocorre em líquidos e gases. Consiste na transferência de calor dentro de um fluído através de movimentos do próprio fluído. A convecção ocorre como conseqüência de diferenças na densidade do ar.

Supondo que dois sistemas foram colocados em contato, o primeiro sistema sendo a água, representado por T, e o segundo sistema o ambiente, representado por TA. Se a temperatura de T for maior que a de TA, ocorrera então um fluxo de calor da água para o ambiente, ate T e TA se encontrarem em temperaturas iguais. Newton determinou uma equação que se permite calcular a temperatura de um corpo em um determinado instante, a equação é dada por:

T(t) = (T0 - TA)∙℮-k∙t + TA

onde:

T(t) → temperatura do corpo no instante t;

t → tempo de aquecimento ou resfriamento;

T0→ temperatura do corpo no instante inicial (zero);

TA→ temperatura ambiente;

K→ constante de resfriamento;

3. PROCEDIMENTO, MATERIAL E INSTRUMENTOS

3.1. Determinando a Constante K para o resfriamento da água

Com o auxilio de um termômetro de mercúrio, mediu-se a temperatura do ambiente, a temperatura aferida foi de 24°C.

Tempo (min) Temperatura (°C)

0 94°

0,5 91°

1 89°

2 86°

5 78°

10 69°

20 57,5°

Utilizando-se um aquecedor de água portatil, aqueceu-se a água contida em um béquer, logo após retirar o aquecedor do recipiente, mediu-se com o termômetro a temperatura do liquido, observou-se o valor da temperatura inicial (T0), igual a 94°C, e com intervalos de tempo variados, cronometrou-se e aferiu a temperatura, de acordo com o resfriamento da água. Comforme mostra a tabela 2: