Relatório-Condutividade Térmica De Metais

SUMÁRIO

Resumo ....................................... 03

Objetivos ....................................... 04

Introdução Teórica ........................... 04

Materiais Utilizados ........................... 08

Procedimento Experimental ............... 08

Resultados e Discussões ................ 09

Conclusão ........................................ 10

Referências Bibliográficas ................ 10

RESUMO

Com o objetivo de determinar a quantidade térmica dos metais, utilizou-se um calorímetro com um bastão de metal (alumínio, cobre e latão) encaixado ao mesmo e em contato com um recipiente com água quente. Assim, marca-se o tempo de resfriamento do calorímetro de a cada 1ºC, até que a alteração de temperatura se estabilize.

Com os dados obtidos, foi possível calcular o coeficiente de condutividade térmica dos metais e o erro comparado aos dados teóricos:

Para o Alumínio 0,43 Cal.s-1.cm-1.ºC-1, e o erro foi de 12,24%

Para o Latão 0,30 Cal.s-1.cm-1.ºC-1, e o erro foi de 15,38%

Para o Cobre 1,12 Cal.s-1.cm-1.ºC-1, e o erro foi de 21,74%

Conclui-se que o experimento atingiu seus objetivos qualitativamente e quantitativamente.

1. Objetivos

- Determinar a condutividade térmica dos metais

2. Introdução Teórica

Os fenômenos de transporte, causados pelo processo de difusão, são facilmente reconhecíveis. Como exemplo pode tomar o odor de um perfume que se espalha pelo ambiente ou ainda, o processo de difusão térmica em um sólido.

A seguir procuraremos descrever a situação ideal de um gás contido numa caixa, a fim de ilustrar de modo simples, este processo. Admita que a caixa que contem o gás possua, internamente uma parede móvel, que separa a caixa em duas regiões A e B, figura 1. Suponha ainda, que a temperatura na região A (T1) seja maior que a temperatura da região B (T0) .

Figura 1 - Diagrama da caixa com gás usado no modelamento teórico da condutividade térmica.

Removendo-se a parede interna, moléculas, passam da região A para a região B terá, no decurso do tempo, nenhuma influência sobre o numero de moléculas das duas regiões. Em media um mesmo numero de moléculas, vai, num determinado intervalo de tempo, de A para B como de B para A. Entretanto, com a temperatura de A era inicialmente maior que a de B, a energia cinética media das moléculas que vão de A para B é maior que a energia cinética média daquelas que caminham de B para A. Isto significa que, com o passar do tempo, a energia da região B irá aumentar as custas de uma redução de energia da região A. Diz-se que houve, neste caso, um transporte efetivo de energia (térmica) de A (região quente) para B (região fria). Microscopicamente dizemos que ocorre condução térmica sempre que a temperatura num dado material condutor variar de ponto para ponto. Nestes casos, a transferência de energia, na forma de calor, se processa espontaneamente no sentido em que a temperatura decresce. A tendência deste mecanismo é igualar a temperatura de todo material condutor. É com base nesta tendência que descrevemos o método para se estudar a condutividade térmica em metais. Nestes casos, o mecanismo detalhado da condução térmica é bem mais complexo. Por se tratar de um sólido haverá não só a participação da rede cristalina, através de suas vibrações, como também dos elétrons que constituem o chamado “gás eletrônico”.

2.1 – Esquema teórico do problema de condução térmica

Os fenômenos de transporte de calor pelo processo de condução térmica, em condições estacionárias, são regidos por uma lei muito simples, conhecida pelo nome de “LEI DE FOURIER”. Esta pode ser escrita na forma:

(1)

Onde, j representa o vetor densidade da corrente de energia térmica (ou simplesmente densidade de energia), gerada por diferenças de temperaturas nos vários pontos do material e que determinam um gradiente de temperatura diferente de zero. K é um coeficiente positivo, característico de cada material, denominado coeficiente de condutividade térmica.

Cumpre observar que a LEI DE FOURIER é análoga à segunda lei de Fick que rege os processos de difusão molecular e que ela independe do mecanismo do processo de transferência de calor por condução térmica.

A utilização desta lei, no método experimental proposto, permitirá a medida de uma grandeza macroscópica, de natureza estatística, resultando de um grande número de processos individuais, na escala atômica.

Para se aplicar com vantagem o esquema teórico descrito pela LEI DE FOURIER a uma determinada situação experimental devemos torná-la, tanto quanto possível, próxima de uma situação ideal simples. As primeiras simplificações ocorrem quando:

a) as fontes quente e fria são extensas e de temperaturas uniformes;

b) se considera um meio condutor, e forma geométrica simples, por exemplo, uma barra metálica cilíndrica tendo suas extremidades em contato direto com as fontes quente e fria;

c) se utiliza de certos artifícios experimentais que permitam garantir que o processo de condução térmica da fonte quente para a fonte fria se efetua unicamente através da barra condutora;

d) se evita perdas de calor através das paredes laterais da barra condutora;

e) se tomam precauções para que uma das fontes de calor mantenha temperatura