Termodinamica labo

ÍndiceIntrodução.....................................................3Experiência 1: PONTOS CRÍTICOS.................................4

Resumo teórico...............................................4Material necessário:........................................4

Procedimentos:..............................................5I. Determinação do ponto de fusão do gelo...................5

Observação:.................................................5Explicação:.................................................5

Conclusão:..................................................5II. Determinação do ponto de ebulição da água...............6

Observação:.................................................6Explicação:.................................................6

Conclusão:..................................................6Experiência 2: TRANSMISSÃO DE CALOR POR CONDUÇÃO...............7

Resumo teórico...............................................7Material Necessário:........................................8

Procedimentos:..............................................9Observação:.................................................9

Explicação:.................................................9Conclusão:.................................................10

Experiência 3: CONDUTIBILIDADE DE LÍQUIDOS EM REPOUSO.........10Material Necessário:........................................10

Procedimentos:.............................................10Observação:................................................10

Explicação.................................................11Conclusão..................................................11

Experiência 4: TRANSMISSÃO DE CALOR POR CONVECÇÃO.............11Resumo teórico..............................................11

Objectivos:................................................11

Material Necessário:.......................................11Procedimentos:.............................................11

Observação:................................................12Explicação:................................................12

Conclusão:.................................................12Experiência 5: TRANSMISSÃO DE CALOR POR RADIAÇÃO..............12

Resumo teórico..............................................12Objectivos:................................................13

Material Necessário:.......................................13Procedimentos:.............................................14

Observação:................................................14Explicação:................................................14

Conclusão:.................................................14Conclusão.....................................................15

Bibliografia..................................................16

Introdução

Neste trabalho ira se demonstrar cinco experiências, na

qual explica-se com precisão o fenómeno observado durante a

experiência.

Dentre as tais experiencias ira se mostrar como determinar

o ponto de fusão do gelo e de ebulição da agua, ira se

demonstrar os fenómenos de transmissão de calor por

condução, convenção, radiação e falar-se-á também da

condutibilidade dos líquidos em repouso.

Para cada demonstração contem um resumo teórico básico para

facilitar a compreensão da demonstração, e em seguida vem o

objectivo da demonstração, material necessário para fazer a

demonstração e os procedimentos, e por último vem a

conclusão.

Experiência 1: PONTOS CRÍTICOS

Resumo teórico

O ponto de ebulição

O ponto de ebulição é uma temperatura característica

determinada substancia sofre ebulição (durante o

aquecimento) ou condensação (durante o resfriamento), a

uma determinada pressão.

Se um líquido é colocado em um recipiente fechado, parte

dele evapora, até que o vapor formado tenha certo valor de

pressão denominado ‘tensão’ de vapor. Esta é uma

propriedade que depende da temperatura. Representa o

limite máximo para a evaporação daquele líquido, naquela

temperatura. Quando a pressão de vapor iguala-se ao valor

da pressão externa exercida sobre o líquido, a água

ferve, com o característico fenómeno da formação de

bolhas de ar na massa líquida. Durante a ebulição, bem

como em qualquer transição de estados físicos, a

temperatura do sistema mantém-se constante, até que toda a

massa líquida passe ao estado gasoso.

O ponto de fusão

O ponto de fusão é temperatura característica na qual

determinada substancia sofre fusão (durante o aquecimento)

ou solidificarão (durante o resfriamento).

O ponto de fusão depende das forças existentes entre as

moléculas (ou entre íons, no caso de cristais iónicos) da

substância sólida. Se estiverem fortemente ligadas umas as

outras, a temperatura necessária para separá-las devem ser

elevada, para dispô-las em sua nova forma, o líquido.

Objectivos:

Determinar ponto de ebulição da água.

Determinar ponto de fusão do gelo.

Material necessário: Aquecedor

Água

Gelo

Copos

Termómetro

Procedimentos:

I. Determinação do ponto de fusão do gelo Introduzir o termómetro num copo de vidro cheio de bocados

de gelo e controlar a coluna do líquido no termómetro.

Quando a coluna de líquido do termómetro não apresentar

mais alterações, registar a temperatura do ponto de fusão

do gelo.

Observação: Depois de colocar o termómetro no copo com gelo, a coluna

do líquido com gelo não apresentou mais alterações a marcar

0.2°C.

Explicação:Ao colocarmos o termómetro no copo com gelo granular,

verificamos que ele marcou 0.2°C, o que significa que a

temperatura já mais pode ser exactamente igual a zero

Kelvin, este é o mesmo princípio que garante que nenhum

sistema tem uma eficiência a 100% apesar de ser possível

alcançarem-se temperaturas próximas de zero. E também a

agua só pode atingir o ponto de fusão se estiver

completamente pura, o que não é o nosso, temos agua potável

que sofreu certas mistura.

Conclusão:Visto que a temperatura já mais pode ser igual a zero,

conclui-se logo que a energia molecular é mínima, mas não é

nula, no zero absoluto.

Verificamos que de facto a medida que nos aproximamos do

zero absoluto, a energia cinética das moléculas tende para

o valor finito, que é denominado energia do ponto zero.

E por fim verificamos que a águas que nos tínhamos não eram

puras, visto que só pode atingir o ponto de fusão uma

substancia que for completamente pura, que não era o caso

da agua que tínhamos no laboratório, tínhamos uma potável

que sofreu uma sertã mistura.

II. Determinação do ponto de ebulição da águaIntroduzir o termómetro num copo de vidro cheio de água,

levar o copo à fervura.

Quando a coluna de líquido do termómetro não apresentar

mais alterações registar o ponto de ebulição da água.

Observação:Depois de colocar o termómetro na água fervente, observou-

se que o termómetro estava marcar uma temperatura de105°C.

Explicação:A temperatura que se observou foi de 105°C, e a água atinge

o ponto de ebulição aos 100°C, isto quer dizer que, os

105°C registados no laboratório, 100°C são da ebulição da

água, e os 5°C são do aquecimento do vapor. É de salientar

que só atinge o ponto de ebulição a agua que estiver

completamente pura.

Conclusão:Com base nos fenómenos observados, e investigações feitas

com precisão, conclui-se que só pode atingir o ponto de

ebulição a agua que estiver pura.

Experiência 2: TRANSMISSÃO DE CALOR POR CONDUÇÃO

Resumo teóricoCondução térmica

O calor é conduzido de um ponto a outro do corpo sem que

haja deslocamento das partículas.

Explicando macroscopicamente o fenómeno: a região próxima

da chama tem o movimento vibratório de suas moléculas

aumentado, adquirindo assim maior energia cinética, que é

transferida através de choques às partículas vizinhas, que

também aumentam seu movimento vibratório. Através desse

transporte de energia, todo corpo é aquecida.

A condução não ocorre no vácuo, pois ela precisa de um meio

material para se propagar.

Os metais são bons condutores de calor e utilizados na

fabricação de aparelhos que permitem aquecer rapidamente

outros corpos, principalmente os líquidos. Os metais são

excelentes condutores de calor devido ao fato de possuírem

os electrões mais externos "fracamente" ligados, tornando-

se livres para transportar energia por meio de colisões

através do metal.

  Corpos maus condutores de calor: vidro, borracha, lã,

algodão, gelo, peles de alguns animais, gases, cortiça,

poliestireno, fibra cerâmica (composta de Alumina e

Sílica),  lã de vidro (um componente fabricado em alto

forno a partir de sílica e sódio, aglomerados por resinas

sintéticas), etc. Esses maus condutores de calor (isolantes

térmicos), possuem os electrões mais externos de seus

átomos firmemente ligados.

 Os líquidos e gases, em geral, são maus condutores de

calor. O ar, por exemplo, é um óptimo isolante térmico. As

roupas de lã, os pêlos dos animais, a serragem são óptimos

isolantes térmicos, pois retêm o ar entre suas fibras.

Lei da condução térmica - Considere dois ambientes

distintos (mão e fonte térmica) a temperaturas constantes,

θ1 e θ2, separados por uma barra de área S e

espessura e. Define-se fluxo de calor  como sendo a

quantidade de calor que atravessa a superfície S pelo

intervalo de tempo Φ=Q/Δt  ---  constata-se

experimentalmente que essa quantidade de calor Q depende da

área S da barra (parede), da espessura e da mesma e, da

diferença de temperatura de temperatura Δθ=θ1 – θ2. Essas

relações são expressas pela lei de Fourier através da

equação:

A constante K é denominada de coeficiente de condutividade

térmica é uma característica da natureza do material.

Normalmente o fluxo de calor é expresso em calorias por

segundo (cal/s) e, como ele é proporcional a Φ (veja

fórmula) seu valor é elevado para os bons condutores (por

exemplo, prata, K=0,99cal/s.cm.oC) e baixo para os bons

isolantes (por exemplo, ar, K=0,000061 cal/s.cm.oC).

Objectivos

1. Analisar a condutibilidade de cada um dos materiais.

2. Explicar a diferença de condutibilidade entre os

materiais.

Método 1

Material Necessário: 1 grampo de vidro

1 grampo de ferro

1 grampo de aço

1 grampo de alumínio

Procedimentos: 1. Aquecer num recipiente cheio de água até à fervura.

2. Tirar o recipiente da fervura

3. Mergulhar simultaneamente os quatro grampos de

materiais diferentes com um dos braços na água do

recipiente.

4. Depois de alguns segundos sentir com a mão o grau de

aquecimento dos grampos e preencher a tabela partindo

do número 1 (um) ao mais quente.

Materi

alOrdem

Aço Alumíni

o

Alumín

io

Aço

Cobre Cobre

Vidro Vidro

Observação:

Observou-se através do tacto, que o alumínio é um excelente

condutor de calor em relação ao cobre, aço, cobre e por

ultimo o vidro, visto que ele tende a aquecer muito mais e

rápido em relação a outros materiais.

Explicação:

Quando fornecemos calor a um corpo através de uma fonte de

calor, a parte do corpo em contacto com a fonte, ira se

aquecer, e seus átomos iram se mover mais rapidamente

( adquirindo maior energia cinética), o que produz colisões

com átomos vizinhos, que da mesma forma irão atingir com os

seus átomos vizinhos, ate que todo corpo esteja aquecido, a

esse processo chamamos de transferência denominado

condução.

Conclusão:

Com o tacto notou-se que o alumínio e um bom condutor de

calor em relação a outros materiais, visto que ele tende a

aquecer mais e rápido. Também verificou-se que os metais

são bons condutores de calor devido ao facto de possuírem

electrões mais externos e “fracamente” ligados, tornando-se

livre para transportar energia por meio de colisões através

do metal.

Experiência 3: CONDUTIBILIDADE DE LÍQUIDOS EM REPOUSO

Objectivos: verificar a condutibilidade de líquidos em

repouso.

Material Necessário: Vela

Proveta

Fósforo

Água

Procedimentos: 1. Aquecer numa chama da vela a parte

superior do tubo de ensaio até que a água

ferva;

2. O que acontece com a água na parte inferior do tubo de

ensaio?

Verificar com os dedos na parte inferior do tubo se a

temperatura aumenta novamente. O que concluis?

Observação:

Quando colocamos a vela na parte superior, ela so aquece o

liquido da parte superior,e a parte inferior mantem-se com

a mesma temperatura.

ExplicaçãoPara explicar este fenómeno é indispensável salientar que

num certo recipiente de agua, as partículas mais densa

ficam na parte inferior do recipiente, e as menos densa

ficam na parte inferior. Sendo assim podemos dizer pode-se

dizer que quando aquecemos a parte superior as partículas

não se movimentam para baixo porque são menos densa, oque

significa que a energia cinética das partículas concentram-

se na parte superior devido ao aquecimento.

ConclusãoCom a observação feita conclui-se que a agua na parte

inferior não aquece porque as partículas que estão na parte

superior são menos densa que as que estão na parte

inferior, o que faz com elas não se movimentem para baixo,

e sendo assim não acontece a transferência de calor da

parte superior para inferior.

NB: Se fosse o contrario, isto é aquecer a parte inferior,

assim teríamos uma transferência de por calor convecção sem

problema, porque as partículas mais densa que estão na

parte inferior serão aquecida e vão subindo enquanto as de

cima vão descendo, havendo assim uma transferência de

calor.

Experiência 4: TRANSMISSÃO DE CALOR POR CONVECÇÃOResumo teórico:

Trata-se da transferência de energia térmica (calor) pela

matéria em movimento devido à diferença de densidades dessa

matéria. Essa matéria só pode ser fluida (líquido, gás ou

vapor).

Objectivos: Verificar transmissão de calor por convecção.

Estudar o movimento das moléculas da água.

Material Necessário: Permanganato de potássio (corante)

Água

Vela

Fósforo

Copo de vidro

Suporte

Procedimentos: 1. Coloque sobre um aquecedor um copo de 250ml, cheio de

água;

2. Deixa que a água comece a aquecer por alguns segundos

e deite alguns graus de permanganato de Potássio

(corante) no copo com água;

3. Explique o fenómeno observado.

Observação:O permanganato de potássio se dissolve, e a medida que a

placa aquecedora vai aquecendo ela vai mostrando o

movimento das moléculas de água.

Explicação:O permanganato de potássio mostra-nos o movimento das

moléculas de agua a medida que a placa aquecedora aquece a

agua da parte inferior, que se torna menos densa e sobe

devido ao empuxo, enquanto a agua da parte superior, que

esta mais densa que é a de baixo, desce.

Assim uma corrente de massa de agua se forma no interior da

provecta e ocorre o que chamamos de deslocamento de camadas

ou de massa de fluido, no caso a agua.

Conclusão:Com base na observação feita nesta demonstração, conclui-se

a corrente de massa que se forma no interior da proveta e

ocorre o chamado deslocamento de camadas, só ira acontecer

enquanto houver diferença de temperatura entre as moléculas

do fluido.

Experiência 5: TRANSMISSÃO DE CALOR POR RADIAÇÃO

Resumo teórico

Radiação térmica é o fenómeno pelo qual a energia emitida

pelo Sol chega até a Terra através do vácuo. Realiza-se

através de ondas electromagnéticas que são compostas por

diversas ondas de frequências diferentes (raios cósmicos,

raios X, raios ultravioleta, luz visível, raios

infravermelhos, microondas, etc.), chamadas radiações

térmicas. Qualquer corpo que possua temperatura superior ao

zero absoluto (0K ou -273oC) emite energia radiante e as

que se transformam mais facilmente em calor quando

absorvidas pelo receptor são as infravermelhas, denominadas

também de ondas de calor.

 A radiação ocorre também no ar, como você pode observar na

figura abaixo onde a mão está recebendo calor por

irradiação.

Quando a energia radiante atinge a superfície de um corpo

uma parte é absorvida, outra reflectida e outra refractada.

A parte absorvida fica retida no corpo sob forma de calor

(energia térmica).

Quando a maior parte da energia é absorvida e pouca parcela

é reflectida ou refractada o corpo é chamado de opaco, ou

seja, ele é mau reflectir e mau refractor. São os corpos

escuros, principalmente o negro. Todo bom absorvedor é bom

emissor.

O contrário ocorre com os corpos claros e polidos, que são

bons deflectores de calor, maus absorventes e maus

emissores.

Objectivos:Verificar o fenómeno de transmissão de calor por radiação.

Material Necessário: Vela

Fósforo

Balão de vidro

Tampa de borracha

Tubo de ensaio em L

Tubo de ensaio em U

Junção

Procedimentos: 1. Faça a montagem do dispositivo de acordo com o esquema

da figura ao lado;

2. No balão e no tubo graduado coloque água ate 50ml e

20ml respectivamente;

3. Coloque o balão ligado a um manómetro de medição perto

de um aquecedor, por exemplo chama de uma vela.

4. Certificar que nas uniões não há fuga de ar.

Observação:Quando aproximamos o balão de vidro a um aquecedor, a agua

contida no balão de vidro tende a transbordar, isto é, a

agua muda de direcção, saindo da parte aquecida para não

aquecida.

Explicação:Quando aproximamos o balão de vidro a placa aquecedora, ela

recebe o calor, isto é, quando a energia radiante atinge a

superfície do balão de vidro uma parte é

absorvida( aproximadamente 65%), e outra reflectida( cerca

de 35%), que e este calor que inverte o sentido da agua, da

parte aquecida para não aquecida.

Conclusão:Observados os fenómenos da demonstração em causa, conclui-

se que a água muda de direcção devido a energia térmica

retida no balão de vidro, ela desloca-se da área aquecida

para área não aquecida. O vidro transparente tem uma grande

capacidade de “prender” este calor, pois são transparentes

para a luz visível e opaco para as radiações

infravermelhas. Por isso o interior fica mais quente que o

exterior.

Conclusão

A pois as demonstrações feitas, notou-se que a temperatura

jamais pode ser beatamente igual a zero, e também que a ao

pode atingir o ponto de ebulição se e só se for pura. E na

parte de transmissão de calor por condução verificou-se que

os metais são bons condutores de calor devido ao facto de

possuírem electrões mais externos e “fracamente” ligados,

tornando-se livre para transportar energia por meio de

colisões através do metal, enquanto na transmissão de calor

por convecção percebeu-se que o movimento das partículas

acontece devido a diferença de temperaturas, o que causa a

diferença de densidades entre elas e na transmissão de

calor por radiação notou que o balão de vidro tem uma alta

capacidade de retenção de calor, o que faz com que ela

consiga aquecer mais o interior dela em relação o exterior,

e isto causa a mudança de direcção da agua.

Contudo espera-se que tenha uma boa leitura do trabalho, e

que este sirva de material de didáctico para estudante que

queiram saber algo relacionado aos temas abordados.

Bibliografia1. VOGEL, A. I., Química orgânica: análise orgânica qualitativa. 3.ed, Rio de Janeiro, Ao Livro Técnico SA, 1981. v. 1.

2. Physical Chemistry HANDBOOK, 57 th Edition.

3.ZEMANSKY, M. W. Calor e Termodinâmica. 5. ed. Rio deJaneiro: Guanabara Dois S.A, 1978.

4.BOTHUN, Greg .Thermodynamic equilibrium. Disponível em:<http//jersey.uoregon.edu/vlab/Thermodynamics/>. Acesso em: 16fev. 2009.

5.ANSWER.COM. Joseph Louis Gay-Lussac. Disponível em:<http://www.answers.com/topic/joseph-louis- gay- lussac >. Acessoem: 12 abr. 2009.