Resfriamento De Newton

Universidade Federal de Mato Grosso do Sul

Victor

Murilo

Leis de Resfriamento de Newton

Campo Grande

2014

Victor

Murilo

Leis de resfriamento de Newton

Este relatório tem por objetivo expor os principais fatos acerca do experimento de Leis de Resfriamento de Newton, disciplina de Laboratório de Fisica II, ministrada pelo professor “”.

Campo Grande

2014

1 – INTRODUÇÃO

Quando um corpo “mais quente” é colocado em contato com um corpo “mais frio”, 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 do primeiro sistema (agua) seja T, e que a temperatura do segundo sistema (ambiente) seja Ta. Coloca-se os dois sistemas em contato, se T > Ta, então, haverá fluxo de calor da água para o ambiente.

2 – OBJETIVO

Determinar experimentalmente, a partir dos dados coletados para a análise gráfica, a constante k da lei do resfriamento de Newton.

3 – FUNDAMENTOS TEÓRICOS

O estudo de transferência de calor pode ser considerado como uma continuidade do estudo da termodinâmica, sendo que esta última está apenas interessada nos estágios iniciais e finais das interações das trocas de energia de um sistema com sua vizinhança (trabalho e calor). Enquanto no estudo de transferência de calor são vistos os modos e suas respectivas taxas.

Sempre que houver uma gradiente de temperatura em um meio, ou entre meios, haverá transferência de calor, que consiste no fluxo de energia térmica da maior para a menor temperatura, por três modos: condução; convecção; e radiação.

CONDUTORES TERMICOS: São aqueles que possuem elevado coeficiente de condutibilidade térmica. Ou seja, são materiais que conduzem calor com facilidade. Ex.: Os metais são excelentes condutores.

ISOLANTES TERMICOS: Ao contrário dos condutores, os isolantes conduzem muito pouco calor e possuem um coeficiente de condutibilidade baixo. Ex.: O ar, a neve.

A transferência de calor por condução em um meio fluido (gasoso ou liquido) ocorre devido as interações entre as moléculas e o seu movimento aleatório. A temperatura em um determinado ponto do fluido é associada ao movimento de translação aleatório e movimentos internos de rotação e de vibração das moléculas. Portanto quando moléculas vizinhas se chocam há uma transferência de energia da mais energética para a menos energética, ocorrendo assim à condução na direção da diminuição de temperatura. E devido ao movimento aleatório destas moléculas há também uma transferência liquida de energia na direção da maior para a menor temperatura, ou seja, uma difusão de energia. Nos meios líquidos as interações são mais fortes e mais frequentes do que nos gases, devido a proximidade entre as moléculas. Em um meio sólido a condução ocorre por ondas na estrutura de retículos induzidas pelo movimento atômico. Em um não condutor elétrico, a transferência de energia térmica ocorre exclusivamente através dessas ondas; em um condutor, a transferência também ocorre em função do movimento de translação dos elétrons livres.

O fluxo de calor por condução ocorre via as colisões entre átomos e moléculas de uma substância e a subsequente transferência de energia cinética. Vamos considerar duas substâncias a diferentes temperaturas separadas por uma barreira que é removida subitamente.

Quando a barreira é removida, os átomos "quentes" colidem com os átomos "frios". Em tais colisões os átomos rápidos perdem alguma velocidade e os mais lentos ganham velocidade. Logo, os mais rápidos transferem alguma de sua energia para os mais lentos. Esta transferência de energia do lado quente para o lado frio é chamada de fluxo de calor por condução. Materiais diferentes transferem calor por condução com diferentes velocidades. Esta é uma medida da condutividade térmica.

Condutividade térmica: Se envolvermos um objeto a uma temperatura T2 com uma camada de um material, de modo a isolá-lo do ambiente externo a uma temperatura T1, então a condutividade térmica do material isolante determina a rapidez com que o calor fluirá através dele.

Logo, materiais que possuem uma alta condutividade térmica são resistores térmicos pobres - ou seja, isolantes ruins. Por outro lado, materiais com pequena condutividade térmica possuem grande resistência térmica - são bons isolantes.

Condutividades térmicas: (kcal/s)/ (̊C m)

|Alumínio |4,9 × 10-2 |

|Cobre |9,2 × 10-2 |

|Aço |1,1 × 10-2 |

|Ar |5,7 × 10-6 |

|Gelo |4 × 10-4 |

|Madeira |2 × 10-5 |

|Vidro |2 × 10-4 |

|Amianto |2 × 10-5 |

1kcal = 4184 J

A transferência de calor ocorre por convecção quando há um fluido em movimento sobre uma superfície e ambos estão com diferentes temperaturas.

Dois mecanismos físicos se sobrepõem nesse modo de transferência. O movimento molecular aleatório (difusão) que predomina na região de contato com a superfície, e o movimento global ou macroscópico do fluido.

O escoamento do fluido sobre a superfície, forma uma camada-limite hidrodinâmica onde a velocidade varia de zero até uma velocidade finita, e no caso de uma diferença de temperatura, forma-se também uma camada-limite térmica.

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